Медь гранулированная. Производство и оборудование

Медь гранулированная. Производство и оборудование

Южно-Уральский Государственный Университет

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

Медь гранулированная. Производство и оборудование

Выполнил: А.М. Мухачев

Группа КВ - 588

Руководитель: И.Ю. Пашкеев

г Кыштым. 2000 г

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

. НОРМАТИВНЫЕ ссылки

. Сущность огневого рафинирования меди. Технологические стадии процесса

.1 загрузка печи.

.2 плавление

.3 съем шлака. Окисление.

.3.1 открытие печи. барботаж. снятие первого шлака.

.3.2 отбор пробы. анализ данных по содержанию свинца.

.3.3 окисление сжатым воздухом.

.4 Съем шлака. Восстановление

.4.1 Восстановление металла

.4.2 Отбор пробы. Анализ пробы

.5 Разлив

.5.1 Начало разлива

.5.2 Разливка на гранулы

. характеристика сырья, топлива, основных и вспомогательных технологических материалов

. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКЦИИ

7. причины несоответствия размеров гранул и мероприятия по их устранению и предупреждению.

7.1 АНАЛИЗ. ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

.2 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОВША

. Список используемой литературы:

1. ВВДЕНИЕ

Медь относиться к числу наиболее важных цветных металлов. Благодаря своим весьма ценным свойствам и значительному распространению в природе её месторождений она является одним из наиболее широко используемых металлов после железа. Высокая электропроводность, теплопроводность и способность к пластическим деформациям, малая окисляемость и свойство образовывать ряд ценных сплавов с другими металлами обеспечили меди одно из первых мест среди цветных металлов. Медь и сплавы на ее основе обладают хорошими литейными качествами и хорошо поддаются ковке, штамповке, прокату и волочению.

Одним из видов товарной продукции производимой на ЗАО "КМЭЗ" ,является радиаторная лента, которая в дальнейшем используется для изготовления различных типов радиаторов. Ленту получают путём электролитического осаждения меди из раствора. одним из компонентов для получения раствора является медь гранулированная ( гранулы ). Гранулы получают в результате переработки вторичной меди путём огневого рафинирования.

Производство гранул организовано в корпусе №2 медеплавильного цеха на специально оборудованном участке, который находится в восточном пролете цеха и имеет отражательную печь ПВГ емкостью 28т меди, построенную в 1998 году. Годовая производительность участка - 6000 т.

2. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В курсовой работе использованы ссылки на следующую нормативную документацию:

ГОСТ 859-78                Медь. Марки.

ГОСТ 1639          Лом и отходы цветных металлов и сплавов.

ГОСТ 9462-88              Лесоматериалы круглые лиственных пород. Технические условия. ГОСТ 9463-88                  Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия.

ГОСТ 10585-75            Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия.

ГОСТ 19242-73            Угли бурые, каменные и антрацит.

ТУ 14-8-90-74               Порошки шамота и огнеупорной глины.

ТУ 14-8-99-90               Кварцит молотый.

СПТ 05774969-04-99   Медь гранулированная для цеха фольги.

3. СУЩНОСТЬ ОГНЕВОГО РАФИНИРОВАНИЯ МЕДИ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СТАДИИ ПРОЦЕССА

Целью окислительного ( огневого ) рафинирования удаление из меди основной массы примесей ( Zn, Pb, Sn, Fe, Ni, As, Sb, S ). Окислительное рафинирование меди основано, во-первых, на том, что многие примеси образуют оксиды термодинамически более прочные, чем Cu2O и, следовательно, окисляются предпочтительнее меди, и, во-вторых на том, что образующиеся оксиды ограниченно растворимы или практически нерастворимы в жидкой меди. Следовательно, по мере окисления металлического расплава эти оксиды всплывают на его поверхность, образуя легкоудаляемые шлаки.

Технологический процесс производства меди марок М2 и М3 состоит из следующих операций:

загрузка;

плавление;

съем шлака, окисление;

съем шлака, восстановление;

разлив

Графическое изображение технологической схемы на печи ПВГ представлено на рис.1.

.1 Загрузка печи

Перед загрузкой печь осматривается и при обнаружении неисправностей принимаются меры по их устранению. Загрузка ведется с помощью напольно-завалочной машины.

Лом медный в брикетах, составленных на деревянные поддоны, рычагом завалочной машины снимаются с вагонеток и загружаются в печь. В случае, если лом медный подается россыпью в металлических банках, его предварительно высыпают на завалочный стол и рычагом машины подают в печь.

Загрузка печи осуществляется в два этапа. Объем печи должен заполнятся как можно полнее. Высота загруженной шихты не должна превышать отметку, которая определяется от верхней границы, ниже на три ряда кирпича кладки задней стенки печи. После загрузки от 60 до 70% всей шихты (I этап) начинается подплавление.

В период подплавления старший плавильщик заправляет леточное отверстие на глубину не менее 250 мм, в два слоя, с таким расчетом, чтобы перекрыть шов между шамотной и магнезитовой частью летки от 10 до 15 мм. Внутренний слой из огнеупорной массы состава : огнеупорная глина, кварцит и каменноугольная мелочь в объемном соотношении 1:1:1 на глубину не менее 125 мм (до середины шамотной части), внешний слой состава : глина и кварцит в соотношении 1:2 не менее 125 мм. Перед заправкой, леточное отверстие очищают от шлака, меди и промазывают жидкой краской из огнеупорной глины, разведенной на воде.

После частичного подплавления производится догрузка шихты в печь. Окончание подплавления определяет возможность догрузки печи. После догрузки порог загрузочного окна очищается от шлака, меди и заправляется огнеупорной массой на ширину не менее 2/3 порога (огнеупорная масса состава : глина и кварцит в соотношении 1:2) и высотой не менее 150 мм, закрывается заслонка загрузочного окна. С целью предотвращения выхода газов в рабочую зону цеха и подсосов воздуха неплотности между заслонкой и кессонированной стенкой заделывают огнеупорной массой. Доводочное окно заслонки закладывается кирпичом.

В период загрузки печь работает на “коротком” огне : нагнетательный вентилятор вторичного воздуха отключен, соотношение подачи сжатого воздуха и мазута обеспечивает наиболее полное сгорание мазута. Факел яркий, ровный, короткий. Отходящие газы бесцветны. Шибер газохода открыт наполовину.

Подплавление ведется на “длинном” огне или максимальном. Факел яркий, ровный и длинный, отходящие газы бесцветны. Шибер газохода открыт полностью. Сжатый воздух используется в основном для распыления мазута, нагнетательный вентилятор включен, подача мазута максимальна.

.2 Плавление

рафинирование медь огневой гранула

Плавление, как и подплавление, ведется на максимальном огне с целью быстрого расплавления шихты. Контроль за огнем осуществляется по цвету факела и отходящих газов, по его длине и ровности горения. Во время плавления подготавливается оборудование к разливу металла, заготавливаются ломики для разделки леточного отверстия, ведется контроль за состоянием оборудования, работой КИПиА. Футеруются и сушатся сливные желоба, ковш. Дно желоба и ковша выкладывают шамотным кирпичом ШБ-5 на ребро без каких либо растворов, затем кладка заливается густым жидким раствором (глина и кварцит в соотношении 1:1). Стенки желоба и ковша футеруют шамотным кирпичом, уложенным на плоскость с огнеупорным раствором (глина и кварцит 1:2), после чего вся футеровка обмазывается этим же огнеупорным раствором.

Контроль за процессом плавления осуществляется по степени расплавления металла, что определяется опусканием в расплав предварительно подогретой металлической трубки, и по степени “кипения” металла. В случае, если при промере трубкой в глубине расплава обнаружены уплотнения или кипение металла не уменьшается, то процесс плавления продолжается.

Плавление считается законченным после полного расплавления меди.

Рис. 1. Технологическая схема производственного процесса на печи ПВГ

3.3 Съем шлака. Окисление

После окончания плавления печь открывают. Заслонку поднимают на высоту от 100 до 150 мм над заправкой порога, предварительно прекратив подачу топлива и воздуха. Верхнюю часть порога отбивают ломиками скосом к ванне печи до уровня металла. Опускают заслонку и разделывают доводочное окно в заслонке. Для перемешивания металла, чтобы получить однородность химсостава по всему объему печи, и для поднятия шлака на поверхность ванны в расплав вводят ствол сырого дерева и проводят дразнение металла от 10 до 15 мин, после чего снимают шлак.

Скачивание шлака производят через загрузочное окно в шлаковую мульду. Для снижения потерь меди, прежде, чем сгрести шлак в мульду, производят его отжим. Металлическим скребком для снятия шлака, предварительно обмазанным раствором глины и просушенным, шлак нагребают на порог и, после того, как с него стечет медь, сгребают в мульду. Шлак снимают полностью, пока поверхность металла не станет чистой.

3.3.2 Отбор пробы. Анализ данных по содержанию свинца

После снятия первого шлака производят отбор пробы №1 в виде таблетки маленькой ложкой в специально для этого предназначенную изложницу.

Пробу передают для спектрального анализа в ЦЗЛ на анализатор ( атомноэмиссионый спектометр "SPECTROLAB S" фирмы "SPECTRO"). По окончании анализа его результаты (распечатку) лаборант передает сменному мастеру. В период анализирования пробы (от 10 до 15 минут) металл подогревают.

В том случае, если содержание свинца менее или равно 0,1 %, то в дальнейшем окисление металла ведут только с использованием сжатого воздуха. В противном случае, если [Рв]>0,10 %, окисление проводят с применением флюса (кварцита).

3.3.3 Окисление сжатым воздухом

Процесс окисления меди и примесей при рафинировании начинается с загрузки шихты в печь. Процесс окисления примесей в расплавленной меди ускоряют продувкой расплава сжатым воздухом. Для этого, после снятия первого шлака, в расплавленный металл погружают трубку, присоединенную к системе сжатого воздуха.

Механизм окисления меди в общем виде можно представить следующим образом : при окислении металла воздухом сначала окисляется медь, с образованием закиси меди Сu2О, которая в количестве до 8% растворяется в меди и взаимодействует с примесями, передавая им свой кислород. Образующиеся окислы примесей и часть закиси меди шлакуются. Окисление примесей кислородом закиси имеет большое значение, так как растворенная закись меди обеспечивает хороший контакт с примесями.

Процесс окисления протекает последовательно в две стадии :

Cu + O2 = 2Cu2OO + Me = 2Cu + MeO

Прямое окисление примесей кислородом воздуха имеет второстепенное значение. Конец окисления определяется по ложечной пробе, поверхность которой должна быть с усадкой и синеватым оттенком. Если проба имеет пористость, то окисление продолжают.

При высоком содержании в расплаве свинца для увеличения скорости и глубины окисления при перемешивании ванны воздухом в расплав подают флюс (кварцит) :

РвО + SiO2 = РвO·SiO2

3.4 Съем шлака. Восстановление

.4.1 Восстановление металла

Процесс восстановления начинают после полного съема шлака.

После окисления в ванне рафинировочной печи остается значительное количество растворенной закиси меди и некоторое количество неудаленных при окислении примесей, особенно двуокиси серы. Дальнейшая задача рафинирования состоит в удалении двуокиси серы и восстановлении закиси меди по реакции:

Cu2O + CnHm ® 8 Cu + CO + H2O + H2 + CO2

Восстановление закиси меди производится погружением в расплавленную медь стволов сырых деревьев. Выделяющиеся из деревьев влага и продукты сухой перегонки вызывают сильное бурление расплава - “дразнение” меди, обеспечивающее интенсивное взаимодействие продуктов разложения древесины с закисью меди и удаление растворенных в меди газов (двуокись серы, азот, водорот и кислород.). В итоге при дразнении основными восстановителями следует считать: углеводороды, окись углерода и водород, всегда содержащиеся в газах от сухой перегонки дерева.

Реакции восстановления закиси меди водородом и окисью углерода выражаются следующими уравнениями :

O + H2 Û 2Cu + H2OO + CO Û 2Cu + CO2 + 27796 кал

В печи нейтральная или слабовосстановительная атмосфера, шибер закрывает газоход от 80 до 85%.

3.4.2 Отбор пробы. Анализ пробы

Для определения окончания восстановления пробу. Поверхность хорошо восстановленного металла должна быть мелкоморщинистой, без признаков утяжки и вздутий, в противном случае процесс восстановления продолжается. К окончанию процесса восстановления температура металла должна быть 1200 ± 5°С

3.5 Разлив

.5.1 Начало разлива

Разливка начинается с разделки выпускного отверстия выше уровня расплава, до появления ровной струи металла. Дальнейшая разделка летки ведется постепенно, по мере выпуска металла в желоб.

В период разлива в печи поддерживают восстановительную атмосферу при минимальном расходе топлива, обеспечивающем поддержание необходимой температуры металла. Для этого шибер газохода закрывают и выключают нагнетающий вентилятор вторичного воздуха.

В зависимости от задания, медь разливают на гранулы, в профили или изложницу.

Принципиальная схема действующего разливочного оборудования представлена на рисунке 2.

3.5.2 Разливка на гранулы

В период плавления и восстановления готовят оборудование для отливки гранул. Для этого из зумпфа откачивают воду и выгружают гранулы от предыдущей плавки. После чего в освободившийся зумпф ставятся специально изготовленные контейнеры и зумпф заполняют оборотной водой. Вода в баке должна постоянно циркулировать, для чего в зумпфе на высоте 4 метра над уровнем дна сделан слив для воды в оборотную систему завода.

Желоб для разлива металла предварительно просушивается.

Струя металла, стекая по желобу, в конце пути разбрызгивается струей воды, распыляемой сжатым воздухом и подведенной непосредственно под струю меди. Капли меди, попадая в зумпф, охлаждаются и опускаются на дно, где стоят контейнеры. Контроль за размером гранул ведется с помощью металлической лопатки, с длинной двухметровой ручкой и подставляемую под осаждающиеся гранулы непосредственно в зумпфе, под поверхностью воды. Изменяя подачу воды или воздуха, или струю подаваемого металла, можно менять в ту или иную сторону величину получаемых гранул.

4. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ, ТОПЛИВА, ОСНОВНЫХ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Характеристика сырья, топлива, основных и вспомогательных технологических материалов представлена в таблице 1.

Таблица 1 Характеристика сырья, топлива, основных и вспомогательных технологических материалов

5. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Характеристика основного оборудования приведена в талице 2.

Рисунок 2 Разливочное оборудование печи ПВГ

Таблица 2 Характеристика основного оборудования

6. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКЦИИ

Гранулы должны изготавливаться из ломов и отходов по ГОСТ 1639, отходов гранулированной меди и отходов фольги, по технологической инструкции, утверждённой в установленном порядке.

Химический состав гранул должен соответствовать нормам, указанным в таблице 3.

Таблица 3 Химический состав медных гранул

Форма, размеры и насыпная масса медных гранул должны соответствовать нормам, указанным в таблице 4.

Таблица 4

Медные гранулы не должны иметь посторонних включений ( глины, кварца, шлака, боя кирпича и т.д.)

Содержание влаги, органических примесей в медных гранулах определяется, но не нормируется.

Определение насыпной плотности медных гранул.

Сущность метода.

Метод основан на взвешивание пустого и наполненного гранулами стеклянного мерного цилиндра.

Аппаратура

Весы лабораторные по ГОСТ 24104-80

Цилиндр I-500 по ГОСТ 1770-74

Проведение анализа

Предварительно взвешенный мерный цилиндр наполняют гранулами до метки и взвешивают.

Обработка результатов.

Подсчёт значения насыпной плотности (dx) производят по формуле:

 = (m2-m1)/V*1000, кг/м3

m2 - масса наполненного гранулами цилиндра, г

V - объём мерного цилиндра, заполненный гранулами, см3

За результат определения следует принимать среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений.

.5 Размер медных гранул определяют просеиванием через сито с размером ячейки 0,315 мм ГОСТ 6613-80, а гранулы размерами от 15 мм до 60 мм - шаблоном.

Для оптимизации размеров гранул и получения их с заданными параметрами по геометрии может быть предложено изменение способа их разливки.

7. ПРИЧИНЫ НЕСООТВЕТСТВИЯ РАЗМЕРОВ ГРАНУЛ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ИХ УСТРАНЕНИЮ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ

7.1 Анализ. Предложения

Как показывает анализ существующего в действующем производстве оборудования, основная причина несоответствия размеров гранул установленным требованиям по размеру заключается в отсутствии методов и приборов за контролем струи металла, расходом воды и воздуха. Качество гранул зависит от опыта и ответственности плавильщика, занятого на этом процессе.

Для снижения влияния человеческого фактора может быть предложено следующие:

установить на трубопроводы подачи воды и воздуха приборы для контроля расхода и давления;

разливку металла производить через разливочный ковш, с калиброванным отверстием для выпуска металла.

Рис.4 Предлагаемая схема разливки металла на гранулы.

7.2 Расчет параметров ковша

Учитывая, что время разливки металла составляет в среднем три часа, а масса получаемых гранул - 27 тонн, можно посчитать скорость расхода металла, она в среднем равна - 150 кг/мин.

Расчет площади выпускного отверстия производим по формуле:

/tопт = mх*bр*Wотв*g*Ö 2gHср     (5, стр.87)

где G - масса металла

tопт - оптимальное время разливки

mх - коэффициент расхода при истечении через отверстие ковша, равный 0,8...0,9;

bр - коэффициент размыва стаканчика, равный 1,0;

Wотв - площадь отверстия стаканчика;

g - плотность металла (при температуре разливки, равна 7,8 кг/дм3; (4, стр.20))

g - ускорение силы тяжести;

Hср - средний уровень металла в ковше.

С учетом того, что скорость разливки величина постоянная, то площадь отверстия стаканчика зависит от среднего уровня металла в ковше. При заданной средней высоте металла в ковше 100 мм , площадь выпускного отверстия составит 2,5 см2 ( диаметр равен 1,78 см.).

Для того, чтобы устранить колебания средней высоты металла в ковше, площадь ковша необходимо увеличить.

Таким образом, учитывая, что конструкция ковша должна обеспечивать удобство обслуживания, быструю и безопасную замену его в случае нарушения футеровки, предлагается выполнить ковш с внутренним размером 500х500х200 , при высоте уровня металла равной 100 мм, масса металла в ковше в период разливки составит согласно формуле:

= m/g

где V - объем металла;

m - масса металла;

g - плотность металла.

от 190 до 200 кг. Запас по высоте ковша взят с учетом стока остатков металла из желоба, в случае перекрытия выпускного отверстия ковша и остановки разливки.

Расход воды и воздуха определять опытным путем для получения оптимального соотношения гранул по размерам. Для этого потребуется установка мерных диафрагм и два прибора регистрирующих - Диск -250.

8. Список используемой литературы

1. В. А. Аглицкий Пирометаллургическое рафинирование меди М.: изд-во металлургия, 1971г, с. 320

. Л. М. Газарян Пирометаллургия меди М.: изд-во металлургия, 1965, с. 360

. А. А. Цейдлер Металлургия меди и никеля. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по чёрным и цветным металлам, с. 392

. Х. К. Аветисян Металлургия черновой меди. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по чёрным и цветным металлам, с.464

. Б.А. Кулаков, В.И. Швабауэр, Б.Э. Клецкин, Л.Г. Знаменский, А.Б. Кулаков. Технология изготовления литейных форм. Челябинск Изд-во ЮУрГУ, с.97