Файл: Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов.pdf

оптимального режима работы печи — важнейшая задача производ­ ства. Пути решения этой задачи указал М. С. Максименко.

Электрическая энергия в горне печи может преобразоваться в теп­ ловую энергию в электрических дугах, горящих над ванной шлако­ вого расплава, в переходном контакте электрод —шлак и в ванне шлака, в которую погружены электроды.

Обозначим количество тепловой энергии, выделяющееся в элек­ трической дуге или в контакте электрод—шлак, р, а буквой q— тепло, выделяющееся при прохождении тока непосредственно через расплав (шлак). В зависимости от особенностей технологии М. С. Макси­ менко рекомендовал применение двух электрических режимов ра­ боты электропечей: электродугового режима при значительном пре­ вышении р над q и режима, при котором соотношение между р и q может быть различным.

Первый — электродуговой режим следует применять для бесшлаковых энергоемких процессов (для производства 75%-ного ферро­ силиция, выплавки анодного никеля), второй — для процессов, при которых образуется значительное количество шлаков (например, для плавки сульфидного медно-никелевого сырья). При плавке медно­ никелевых руд и концентратов выбор соотношения между р и q зависит от глубины погружения обратного конуса шихты (откоса) в шлаковую ванну, которая определяется насыпной массой шихты, плотностью шлака и высотой конуса над уровнем зеркала ванны. При плавке неокомкованного флотоконцентрата и рудной мелочи, а также при плавке окатышей и агломерата малой насыпной массы (1,3—1,4 т/м3) откосы шихты погружены в шлаковую ванну на не­ значительную глубину (не более 500—700 мм). В этом случае для обеспечения высокого проплава электроплавку следует вести на электрическом режиме, при котором большая часть тепла р выделя­ лась бы в верхних слоях ванны (в пределах глубины погружения шихты в ванну), а тепло q, обеспечивающее необходимый перегрев шлака и штейна, выделялось бы в нижних слоях ванны.

Плавку кусковой шихты с большой (до 3 т/м3) насыпной массой ведут, создавая на поверхности шлаковой ванны откосы шихты, по­ груженные в шлаковый расплав на глубину 1300—1500 мм. В этом случае для интенсивного плавления шихты требуется установить электрический режим, который обеспечивал бы необходимый подвод тепла к глубоко погруженным в шлак откосам шихты и создавал условия для надлежащего перегрева шлака, т. е. q должно быть значительно больше р.

Необходимое соотношение между р и q достигается за счет из­ менения глубины погружения электродов в шлаковый расплав. При погружении электродов в шлак снижается мощность, выделяе­ мая в контакте электрод—шлак (р) и увеличивается доля мощности, выделяемой в шлаке (q). Наоборот, при уменьшении заглубления электрода в расплав возрастает р и снижается q. Величина погру­ жения электрода в шлаковую ванну зависит от рабочего напряжения, силы тока, электропроводности шлакового расплава и диаметра элек­ трода.

123

Рабочее напряжение и сила тока определяются параметрами печ­ ного трансформатора, электропроводность шлака — его составом и температурой. Для уяснения влияния рабочего напряжения на ве­ личину погружения электродов рассмотрим электрическую цепь, состоящую из электродов А и В, погруженных в шлаковую ванну на одинаковую глубину (рис. 71).

Для упрощения примем, что весь ток в этой цепи проходит по пути АавВ. Мощность, выделяемая в расплаве на участке Аа, будет

Из формулы (16) следует, что при неизменном удельном сопро­ тивлении шлака и постоянном сечении проводника для увеличения значения R необходимо увеличить слой шлака между электродом и штейном (увеличить длину проводника /), т. е. необходимо умень­ шить глубину погружения электродов в шлаковый расплав (поднять электрод). И наоборот, для сохранения постоянного значения Р при снижении рабочего напряжения необходимо увеличить силу тока, снизив значение R, что достигается увеличением погружения элек­ тродов в шлаковую ванну.

124

Из формулы Р — IU следует, что при постоянном значении на­ пряжения для увеличения мощности, выделяемой в печи, необходимо повысить силу тока, увеличив глубину погружения электродов, а для снижения мощности нужно снизить силу тока, уменьшив по­ гружение электродов в расплав. Таким образом, изменив величину рабочего напряжения (или силу тока), можно изменить погружение электродов в шлаковый расплав и установить такое соотношение между мощностями р и q, при котором обеспечивается максимальный проплав шихты.

Выясним, как влияет электропроводность шлака на величину погружения электрода. Так как для данного электрического режима работы печи напряжение и сила тока — величины постоянные, то согласно закону Ома / = U/R сопротивление R = гх -J- г2 части печи Аа (рис. 71) тоже должно быть постоянным. Из формулы (16) следует, что для сохранения постоянного значения R при росте удельного сопротивления (5 — постоянная величина) необходимо уменьшить слой шлака между электродом и штейном (уменьшить длину проводника), т. е. необходимо увеличить погружение электро­ дов в шлак. При снижении удельного сопротивления погружение электродов в шлак уменьшается. Так, кислые шлаки имеют большее удельное сопротивление р, чем железистые. Поэтому при работе на кислых шлаках при одинаковых напряжении и силе тока электроды будут погружены на большую глубину, и доля мощности q, выделяю­ щейся в шлаковом расплаве, будет больше. На заводах стремятся работать на кислых шлаках, содержащих 42—43% S i02 и обеспечи­ вающих необходимую электропроводность шлака, достаточный пере­ грев и минимальные потери металлов.

Так как факторы, влияющие на распределение мощности в ванне печи, многообразны, очень трудно произвести точный расчет элек­ трического режима, обеспечивающего оптимальное соотношение между р и q. Параметры электрического режима для вновь строя­ щихся электропечей устанавливают на основании оптимального ре­ жима работы действующих. Самый ответственный параметр электри­ ческого режима — напряжение. Как указывалось в § 18, печные трансформаторы имеют несколько ступеней напряжения (табл. 15). Это позволяет практическим опытом установить рабочее напряже­ ние, при котором достигается оптимальная глубина погружения электродов в расплав и, следовательно, необходимое распределение в ванне печи мощности р и q. Для иллюстрации влияния величины напряжения на показатели электроплавки рассмотрим ряд примеров из заводской практики.

В 1956 г. на комбинате «Североникель» вместо одного трехфазного трансформатора мощностью 7500 кВА на одной из печей были уста­ новлены и параллельно включены два таких же трансформатора сум­ марной мощности 15 000 кВА. Ступени линейного напряжения со­ ставили 460—390—356—330 В, сила тока при напряжении 460 В осталась на уровне 16 000 А. Ниже приведены данные С. К. Кара­ петяна и А. П. Скибина, характеризующие работу этой печи на раз­ личных ступенях напряжения:

125

* За 100% приняты показатели работы электропечи до реконструкции.

Из этих данных следует, что с увеличением линейного напряже­ ния повышается производительность печи и снижается удельный расход электроэнергии. Особенно эффективна работа печи на на­ пряжении 420 В, при котором глубина погружения электродов в шлак составляет 550—650 мм. При таком погружении основная часть энергии выделяется в верхних слоях шлака, что обеспечивает интен­ сивное плавление погруженных в него откосов шихты. В то же время в зоне штейна поддерживается нормальная температура и пере­ грев штейна не наблюдается.

Указанное подтверждается результатами замеров падения на­ пряжения на участках электрод—шлак и шлак—подина при работе

ние напряжения на участке электрод—шлак увеличивается, а на участке шлак—подина уменьшается. Поскольку мощность, выделяе­ мая на участке цепи, пропорциональна падению напряжения на этом участке, то с повышением фазового напряжения возрастает доля мощности р, выделяемая в контакте электрод—шлак, и сни­

Как следует из табл. 16, при работе на ступени линейного напря­ жения 420 В р составляет 87%, а q 13%. В данном случае полу­ ченное соотношение между р и q соответствует характеру проплав­ ленной шихты, которую из-за большого количества мелкой фракции (40%—5 мм) и высокой влажности (до 6%) загружают в печь в виде конусообразных откосов высотой не более 500 мм. Погружение отко­

126

сов в расплав не превышает 500—600 мм, т. е. оно приблизительно равно погружению в расплав электродов. Следовательно, на печах комбината «Североникель» электрический режим выбран правильно, так как значительное преобладание р над q обеспечивает подвод тепла в верхние слои шлаковой ванны и способствует интенсивному плав­ лению шихты.

В настоящее время электропечи комбината «Североникель» осна­ щены трехфазными трансформаторами мощностью 30 000 кВА со ступенями линейного напряжения 550—500—458—420—390 В. Опти­ мальный режим работы печей достигается при ступени линейного напряжения 500—550 В и силе тока 31 500 А.

Рассмотрим пример из практики электроплавки на комбинате «Печенганикель». В 1956 г. мощность трансформаторов одной из печей этого комбината была увеличена 1 до 25 200 кВА в результате повышения вторичного напряжения с 266 до 341,5 В. Исследование работы двух печей одинаковой мощности (20 000 кВА), но с различ­ ным фазовым напряжением (266 и 350 В) показало преимущества электрического режима работы печи на повышенном напряжении. Ниже приведены показатели электроплавки при различных фазовых напряжениях.

Как следует из этих показателей, с увеличением фазового напря­ жения уменьшается погружение электродов в расплав и сокращается количество тепла, выделяемого в шлаке (с 69 до 46%). Это понижает перегрев штейна (с 1220 до 1205° С). В результате уменьшения пере­ грева штейна и сокращения электрических потерь в короткой сети (за счет снижения на 25% величины силы тока) возросла производи­ тельность печи и снизился удельный расход электроэнергии. Перевод электропечи (1961 г.) на повышенное напряжение (341,5 В) создал устойчивый электрический режим нагрузки печных трансформаторов, так как с уменьшением глубины погружения электродов в шлак резко сократилось число токовых толчков и коротких замыканий, которые возникли при нарушении технологии электроплавки, когда концы

глубоко погруженных в шлак электродов приближались к слою штейна.

127