1. Jarayon haqida umumiy tushuncha Konverterdagi ashyolar tengligini hisoblash Shteynning ratsional tarkibi

Konvertorlash nazariyasi va ishlash prinsiplari

Odatda, eritish pechlarida olingan shteyn tarkibida 24–40% Cu, 24–26% S va 35–45% Fe bor. Shteynlarni konverterlash jarayonining maqsadi – temir va oltingugurtni chiqarib tashlashdir. Jarayon davrida bir qator zararli moddalar ham ajralib chiqadi. Oltin, kumush va boshqa nodir metallar xomaki mis tarkibiga o‘tadi.

Jarayon 6.1-rasmda ko‘rsatilgan maxsus dastgoh – konverterlarda o‘tka­ziladi. Konverter tepa qismida bo‘g‘izli teshigi bor, gorizontal quvur­simon shakldagi dastgohdir. Agregatning ichki hajmi olovbardosh g‘ishtlar bilan himoya qilingan. Agregatning o‘zi esa po‘lat materialdan tayyor­langan. Konverter o‘zining o‘qi negizida burilish va egilish imko­niyatiga ega. Zamonaviy konverterlarning hajmi, xomaki mis bo‘yi­cha, 40, 75 va 100 t ni tashkil qiladi. Ularning o‘lchamlari: uzunligi 6,1; 9,15 va 10,76 m va diametrlari 3,66; 4 va 4 m bo‘ladi.
Shteynning suyuq vannasiga havo berish uchun, konverterda furma­lar bo‘lib, har bitta furma po‘lat quvurdan tuzilgan. Undan 1,0–1,2∙10 Pa ortiqcha bosim bilan havo beriladi. 40 tonnali konverterda 28 dona, 75 tonna­ligida esa 43–50 dona furma bor. Katta konverter furmasining diametri 52 mm ni tashkil etadi. Konverterning qoplamasi va ostki qismi 350–460 mm olovbardosh g‘ishtlar bilan himoyalanadi. Furmali belbog‘da esa futerovkaning eni 475 mm gacha oshiriladi.
Gazlar changtutkichlar orqali qisman sovutilib, changlari ushlanadi. Changtutkichlar cho‘yan yoki po‘lat plitalardan terilganida havo yoki suv bilan sovutiladi. Gazlar changtutkichdan kollektorga tushib, sulfat kislotasi olish uchun yuboriladi. Mis shteynini konverterlash davomida toshqol ajralib chiqadi, uning tarkibiga temir butunlay o‘tadi, oltingugurt esa SO₂ shaklida eritmadan ajralib chiqib, gazsimon holatga o‘tadi.



6.1-rasm. Gorizontal konverter.

1–elektr quvvati yordamida harakatga keltiruvchi yuritma; 2–reduktor; 3–qoplama uchun mo‘ljallangan uskuna (salnik); 4– yuklash uchun mo‘ljal­langan yordamchi qurilma; 5–tishli halqa; 6–tishli halqaning sirpan­masligini ta’minlovchi uskuna; 7–olovbardosh g‘ishtli qoplama; 8–pech bo‘g‘zi; 9–havo purkagich; 10–zalvorli, ya’ni soqqali klapan; 11–tayanch g‘altaklar; 12–purkagich quvurlar; 13–suyuq eritmaga mo‘ljallangan cho‘mich.

Mis shteynini konvertorlash davomida havo eritma hajmidan nihoyat­da tez – 0,13 sekundda o‘tadi. Bunda kislorodni o‘zlashtirish dara­jasi 95 % ni tashkil etadi. Hisobotlarga ko‘ra, har bir jarayonning minutda suyuq vannadagi kislorodga muhtojlikning faqat yuz mingdan bir qismigina qondiriladi. Bu reaksiyalarning nihoyatda tez borishini ko‘rsatadi.
Misli shteynlarni konvertorlash eritmadagi oltingugurtli birik­­malarning purkalanayotgan havo tarkibidagi kislorod yordamida oksidlanishiga asoslangan [21, 22].
Jarayon temir sulfidining oksidlanishi bilan boshlanadi:
2FeS+3O₂+SiO₂=Fe₂SiO₄+2SO₂+Q (6.1)

Mis sulfidi jarayon boshlanishida kislorod bilan reaksiyaga kirish­maydi, sababi temir to‘liq oksidlanmasdan turib quyidagi kimyoviy reaksiya faqat o‘ng tomonga borishi kuzatiladi:

(Cu₂O)+[FeS]=[Cu₂S]+(FeO) (6.2)

Kimyoda shu narsa ma’lumki, temirning misga nisbatan kislorodga moyilligi yuqori bo‘lsa, misning oltingugurtga moyilligi temirga nisbatan yuqoridir.

Shuning uchun ham konverterlashning I bosqichiga asosan, temir ha­vo p­­urkash natijasida quyidagi tasnif bo‘yicha deyarli to‘liq oksid­la­nadi:

FeS→ FeO→Fe₃O₄ (6.3)

Temirning to‘la oksidlanish jarayoni uning o‘ta oksid­lanib ketishiga olib keladi. O‘ta oksidlanish natijasida eritmadagi temir magnetit holatiga o‘tadi. Temirni iloji boricha temir oksidgacha (ya’ni FeO) quyidagi reaksiya bo‘yicha oksidlash kerak:

2FeS+3O₂=2FeO+2SO₂+Q (6.4)

Uning qattiq holda emas, suyuq holda hosil bo‘lishini ta’minlaydi va uni oltingugurtli birikmalardan ajratib olish oson kechadi. Ushbu maqsadni amalga oshirish uchun konverterga kvarsli ruda yoki flus yukla­nadi. Vyustitning toshqol tarkibida erishi uning faolligini kamayti­radi. Bu ko‘rsatkich toshqol tarkibida SiO₂ miqdorining ortishiga ham o‘zaro bog‘liqdir. Vyustit faolligining kamayishi oksidlanish jarayoni­ning sekinlashuviga olib kelsa-da, qisman temirning magnetit birikma­siga o‘ta oksidlanishiga yo‘l qo‘ymaydi.

Eritmadagi magnetit qisman bo‘lsa-da, oltingugurtli temir va kvars bilan birgalikda qaytarilib, FeO∙SiO₂ hosil bo‘lishiga olib kela­di. Ushbu (6.2) reaksiya 1200⁰C haroratdan uncha yuqori bo‘lmagan tezlikda boshlanadi. Chunki haroratning ortishi bilan magnetitning to‘liq parcha­la­nishi va uning tezligi ham ortishi kuzatiladi. Demak, konverter eritma­sining harorati qancha yuqori bo‘lsa, jarayon ham shuncha tez boradi. Biroq haroratning o‘ta (1400⁰Cdan) yuqori bo‘lishi konverter pechining ich­ki tomoniga terilgan o‘tga chidamli g‘ishtning ishlash muddati ancha kamayib va bu g‘ishtning tez yemirilib ketishiga olib keladi. Jarayonni 1250–1400⁰C harorat atrofida olib borish maqsadga muvofiqdir [31].
Agar konverterlarda xomaki mis olish texnologiyasini chet el texno­lo­giyalari bilan taqqoslaydigan bo‘lsak va 1866-yilda V.A. Semennikov hamda 1880-yili A. A. Auerbax tomonidan kiritilgan o‘zga­rish­lar bilan hanuz­gacha ishlab kelganligini hisobga olsak, uni tubdan o‘zgartirish va undan chiqayotgan suyuq konverter toshqolini tash­lan­ma toshqol holiga kelguncha kambag‘allashtirish lozimligi tushuni­ladi. Konverterda harorat ortishi bilan kvarsning erish tezligining nordon­ligi ham ortib boradi.
Toshqol tarkibida SiO₂ 23–26%da bo‘lishi eng qulay miqdordir [30].
Kremniy oksidining 30%ga qadar ortib borishi toshqol tarki­bidagi mis va magnetitning kamayishiga olib kelmasa-da, biroq kapital xarajatlarning, shuningdek, flusga bog‘liq bo‘lgan boshqa xarajatlarni oshirib yuboradi [28,32,33].
Kvars rudasining o‘lchami maydalashgani sayin, uning eruvchanlik tezligi ortib boradi. Shuning uchun ham ularning eng qulay me’yori olib boril­gan ilmiy-amaliy tadqiqotlar natijasiga ko‘ra, 10–20 mm bo‘lishi maq­sadga muvofiq. Undan kvars konverterga yuklanganda pech bo‘g‘­zidan chiqayot­gan oqova gaz bilan chiqib ketish ehtimoli ko‘p. Ko‘p hol­larda flus­ni iloji boricha kam miqdorda ishlatish, uning tarkibidagi SiO₂ miqdorini 90% va undan ham ortiq bo‘lgan, kimyoviy reaksiyaga tez kiri­sha oladigan kvarsli ashyolarni ishlatish yaxshi samara beradi.
So‘nggi yillarda oddiy kvarsli ruda deyarli konverterlarda qay­ta ishlan­mayapti, chunki tarkibida qimmatbaho metallardan tashkil top­gan oltin fabrikasining kvarsli rudalari keng ishlatilmoqda. Bunday ashyo­lar­ning flus sifatida ishlatilishi, Au va Ag hisobiga bozor iqti­so­diyo­ti davrida har tomonlama texnologiyadan unumli va to‘liq foyda­lanish samaradorlikni oshirmoqda.
Konverterdagi barcha fizik-kimyoviy jarayonlar gazsimon modda­larning suyuq eritma tarkibida tinimsiz aylanishi natijasida boradi. O‘z-o‘zidan ma’lumki, yuqori tezlikda moddalarning tinimsiz harakati furma ustida va havo purkalanayotgan mintaqa yaqinida kechadi. Shuning uchun ham havo tarkibidagi kislorod yordamida metallarning oksidla­nishi va magnetitning hosil bo‘lishiga olib keladi. Magnetit shteyn ham­da toshqol tarkibida eriydi. Oltingugurtli moddalarning tez oksid­la­nishi natijasida furma tegrasida haroratning ekzotermik reaksiya hisobiga ortishi (1600⁰C, goh undan ham yuqori) kutiladi. Bu pech ichida­gi g‘ishtlarning muddatidan ilgari ishga yaroqsiz bo‘lib qolishiga olib keladi.
Yuqorida qayd qilinganidek, Cu₂S→FeS→FeO sistemaning bori­shi o‘zaro eruvchanligiga bog‘liq. 1200⁰C haroratda temir oksidining sulfidli birikmalarda eruvchanligi 40–60 %gacha boradi. FeO yuqori eruvchanligi gamogenli sulfid-oksid eritmaning hosil bo‘lishiga olib keladi. Shteyn tarkibida Cu₂S ortishi bilan Cu₂S→FeS→FeO siste­madagi birikmalarning uzviy eruvchanligi kamayib boradi. Sulfid-oksidli eritmaning kremnezem bilan o‘zaro ta’siri konverterning yuqori qismida borib, tarkibida kremnezemi kam bo‘lgan oksidli faza, ya’ni toshqol hosil qiladi. Konverterning suyuq vannasidagi birikma­larning doimiy harakati va aylanishi natijasida quyidagi kimyoviy tengliklar majmui boradi:

3Fe₃O₄+FeS+5SiO₂=5(2FeO∙SiO₂)+SO₂ (6.5)

[Fe₃O₄]shteyn→(Fe₃O₄) toshqol (6.6) [FeS]shteyn→(FeS) toshqol (6.7)
(Su₂O)toshqol+[FeS]→[Cu₂S]+(FeO) (6.8)
Jarayon mobaynida konverter gazlar yordamida vannaning faol biqirlashi natijasida magnetit sulfid yordamida qaytariladi va gaz pufakchalari tarki­bida SO₂ ning parsial bosimi kamayadi. Birinchi bos­qichda hosil bo‘lgan toshqol pechga engashib to‘kiladi va YaQPga jo‘nati­ladi.
Konverter esa shteynni 1200–1250⁰C haroratda qabul qilib, yana havo bilan purkash davom etadi. Bu jarayon bir necha bor qaytarilib, tosh­qol bir necha bor to‘kiladi va misga boy oltingugurtli boyitma (oq matt) olinadi. 1-bosqich davomida konverterlarda harorat juda tez sur’at­larda, ya’ni minutiga 5–7⁰C haroratda ortib boradi. Shuning uchun ham haroratni o‘z me’yorida saqlash uchun qattiq holatda maydalangan misga boy har xil chiqindilar yuklab turiladi. Harorat me’yoridan ortib ketgan paytda tarkibi misga boy kvars rudalarni, hatto mis sulfid­li boyitmani ham qayta eritish mumkin bo‘ladi.
Jarayonning I bosqichi – shteynni qo‘shimcha konverterga quymasdan turib furmada purkash olib boriladi va konverterda oltingugurtli oq shteyn hosil bo‘ladi.
Konverter jarayonining ikkinchi bosqichi oq shteyn – Su₂S ni havo bilan purkash natijasida oksidlantirib, xomaki mis olishdir. Oq shteynni purkash davrida bir paytda ikkita reaksiya boradi: Su₂S ni SuO qisman oksidlanish va mis birikmalarining o‘zaro bog‘lanishlari:

2Cu₂S + 2O₂ = 2Cu₂O + 2SO₂ + 771 kDj (6.9)

Cu₂S + 2Cu₂O= 6Cu + SO₂ – 116,4 kDj (6.10)
Ikkala reaksiya kislorodning o‘zlashtirish darajasi 90 % dan yuqori­roqni tashkil qilishi bilan tez va to‘liq o‘tadi. Konverterning haj­midagi haroratlarda (1150⁰C balandroq) SO₂ ning parsial bosimi katta raqamni tashkil qiladi (R > 8·105 Pa).
Ikkala reaksiyaning borish sharoitlari ko‘rib chiqilganda 2 ta xulosaga kelish mumkin:
1) Jarayonning ikkinchi bosqichida konverterda misning yarim oksidi uchramaydi, chunki u paydo bo‘lishi bilan mis yarim sulfidi bilan o‘zaro bog‘lanib, xomaki mis tashkil qiladi va katta bosim bilan SO₂ ajralib chiqadi;
2) Suyuq mis yarim oksidini konverterga quyish mumkin emas, chunki ikkita suyuqlik aralashsa, katta miqdorda SO₂ paydo bo‘ladi va moddalar portlash effektiga duch kelishi mumkin.
Mis yarim oksidini sovuq holatda yuklash mumkin. Bunda moddalar asta-sekin qizib, suyuq holatga o‘tib, reaksiyaga kirishadi.
Ikkita reaksiyaning borishi natijasida jarayonning ikkinchi bos­qichida xomaki mis paydo bo‘ladi. Xomaki mis suyuq holatda bo‘ladi, chunki uning erish harorati 1083⁰C, konvertordagi haroratlardan ancha pastroqdir. Xomaki mis paydo bo‘lishining dastlabki minutlarida, u mis yarim sulfidida eriydi. Keyin esa mis sulfidi erish qobiliyati bo‘yicha (oltingu­gurt 17,9 % gacha) eritilsa, ikki qatlamga ajraladi: yuqori qatlam misga to‘yingan Cu₂S dan iborat va tashqi qatlam–xomaki mis, unda 1,8 % gacha oltingugurt bo‘ladi. Purkash davrida pastki qatlam yuqoridagi qatlam kamayishi hisobiga o‘sib boradi.
Mis yarim sulfidini oksidlantirish uchun haroratni har doim yuqori qatlamga berish kerak, shuningdek, mis zavodlarida furmalar konverterning biqinida joylashadi. Metallurg ishchi-mutaxassis havo­ning to‘g‘ri kelishini doim nazorat qilishi kerak va konverterni aylan­tirib, havo yo‘lini oq shteyn­ga yo‘naltirishi lozim.
Amaliyotda jarayonning ikkinchi bosqichi uzluksiz, taxminan 2–3 soat davomida o‘tkaziladi, jarayonning yakunlanishi maxsus kimyoviy tahlil orqali aniqlanadi.
Shteynni purkashdan oldin konverter, yoqilg‘i yondirish yoki oldinga o‘tgan jarayon hisobiga yuqori haroratda isitilgan bo‘ladi. Aniqlangan ekzotermik reaksiyalar borishi davomida ajralib chiqqan issiqlik jarayon talab qilgan issiqlikni to‘la qondira oladi.
Issiqlikning ortiqcha qismi eritilgan moddalarning harorati­ni orttirishga sarflanadi. Haroratning ortish tezligi birinchi bosqichda 0,9–3⁰C/minutni va ikkinchi bosqichda 0,15–1,2⁰C/minutni tashkil qiladi.
Toshqolni pechdan chiqarish paytida eritmaning harorati pa­sayadi, uning yuqori issiqlik o‘tkazish qobiliyatiga ega ekanligi sababli harorat­ning pasayish tezligi ancha ortadi va 3–8⁰ C/minutni tashkil qiladi.
Mis shteynlarida rux va qo‘rg‘oshindan boshqa bir qator nodir va zarra­li ikkilamchi metallar bor. Amaliyotdan ma’lumki, shteyn tarkibi­dagi zararli moddalar gaz bilan quyidagi darajada yo‘qotiladi %: 84 As, 73 Sb va 96 Bi.
Konvertorlash davomida xomaki mis tarkibiga 70–80 % selen va 40–50 % tellur o‘tadi. Reniy deyarli to‘liq gaz fazasiga ajralib chiqadi. Bunday gazlar bir qator foydali elementlarga boy va alohida ajratib olish anchagina iqtisodiy samara beradi.
Konverterda furmadan chiqayotgan havoning boshlang‘ich tezligi 100–170 m/s ni tashkil qiladi. Havo oqimining katta tezligi oksidlan­tirish reak­siya­larining tez va to‘liq o‘tishiga yordam beradi.
Konverterda ortiqcha issiqlikning borligi unda sovuq ikki­lamchi moddalarni eritishga imkon yaratadi. Aylanuvchi (oborot) sovuq material­larning soni shteyn massasiga nisbatan 20–25 % ni tashkil qiladi.
Jarayonning ikkinchi bosqichida konvertorlashdan umumiy ajra­lib chiqadigan issiqlik 20 % ni tashkil qiladi. Ayniqsa, bu davrda issiq­lik ortiqcha bo‘lib, sovuq moddalarni qo‘shish imkoniyati bo‘ladi.
Konverter jarayonini takomillashtirish yo‘llaridan biri – bu katta mablag‘ sarfini talab qiladigan ishlardan asosiylari – mexanizatsiya­lash va avtomat­lash, o‘tga chidamliroq olovbardosh g‘ishtlarni ishlatish va asosiy kimyoviy reaksiyalarni tezlashtirishdir.
Reaksiyalarni tezlashtirish uchun kislorodga boyitilgan havodan foydalanish katta ahamiyatga ega. Tajriba shuni ko‘rsatadiki, ishlab chiqa­rish unumdorligi