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

предусматривают глубину расплава в печи, которая приведена в табл. 19.

Как показывает опыт, лучшие показатели проплава достигаются при работе на глубине ванны, соответствующей технологической ин­ струкции. Снижение или превышение высоты ванны отрицательно влияет на работу печей. Так, при прочих равных условиях (постоян­ ные мощность, напряжение, состав шлака и т. д.) значительное сни­ жение глубины шлаковой ванны (на 250—400 мм) приводит к неспо­ койной работе электропечи, (особенно при высокой штейновой ванне),

Работа на шлаковой ванне, превышающей оптимальную глубину, также нежелательно, так как ведет к охлаждению нижних слоев шлака и штейна. При этом появляются условия для настылеобразования на подине, а при плавке высокомагиезиальной шихты между штейном и шлаком выделяется промежуточный слой «грязи», который возникает при кристаллизации в шлаке тугоплавких соединений типа оливина [(MgFe)-Si04] и форстерита (Mg2Si04). «Грязь» затрудняет выпуск продуктов плавки, что в конечном итоге приводит к снижению производительности печи, а также ухудшает условия осаждения корольков штейна и увеличивает потерю металла со шлаком.

Грубое нарушение технологии электроплавки — стремление неко­ торых плавильщиков добиться увеличения проплава за счет снижения уровня ванны. Действительно, снижая глубину шлаковой ванны, можно загрузить в печь больше шихты, но при этом печь перегру­ жается шихтой и ванна охлаждается. Это значит, что следующая смена проплавит меньше шихты и израсходует больше электроэнер­ гии на 1 т проплавленного материала.

Режим и показатели электроплавки зависят и от глубины штей­ новой ванны. Эта глубина устанавливается из расчета предотвраще­ ния перегрева штейновой ванны электрическим током, протекающим в штейне по схеме «звезда». При неглубокой ванне (<500 мм) перегрев штейна может вызвать разрушение подины и аварии при его вы­ пуске. Кроме того, при выборе высоты штейновой ванны стремятся иметь определенный резерв штейна для обеспечения бесперебойной работы конвертерного передела. При высоком уровне штейновой

132

ванны (900— 1000 мм), ее поверхность приближается к электродам и соприкасается со слоем шлака, температура которого выше,' чем слой шлака, контактирующего с поверхностью штейна при нормаль­ ном уровне штейновой ванны (600—800 мм). В этих условиях верхние слои штейна перегреваются и активнее реагируют с магнетитом:

FeS + 3 F e 30,i + 5Si02 = 5 [(Fe0)2-Si02] + S 0 2.

Выделяющийся при реакции сернистый газ флотирует частички штейна в шлаковую ванну и содержание никеля в шлаке возрастает,

при превышении уровня штейновой ванны выше установленного мощность электропечи снижают до 5—20 МВт. Лишь после выпуска избытка штейна печь переводят на нормальный режим работы.

Постоянный контроль за уровнем общей и штейновой ванны, рав­ номерное удаление из печи продуктов плавки — необходимые условия высокопроизводительной работы электропечи. На заводах уровень ванны замеряют как вручную, так и электромеханическими приспособлениями. На рис. 72 приведена схема электромеханичес­ кого уровнемера «Эмур-1», применяемого на электропечах комбината «Печенганикель».

Принцип действия уровнемера основан на контактном методе измерения уровня ванны с помощью измерительного электрода. Изме­ рительным электродом 4 служит стержень из качественной стали диаметром 80 мм. Электрод заключают в обойму из изоляторов и закрепляют в каретке 1, которая перемещается по вертикальной стойке 3, расположенной над сводом печи. На стойке нанесены деле­ ния в сантиметрах. Перемещение каретки осуществляется с помощью

133

троса, прикрепленного к реверсивной лебедке 7. Измерительный электрод получает питание от однофазного трансформатора 6 мощ­ ностью 20 кВА. При опускании измерительного электрода до уровня зеркала ванны амперметр 5 регистрирует наличие тока в цепи элек­ трода. При контакте со штейном сила тока в цепи мгновенно возра­ стает, что вызывает резкое отклонение стрелки прибора. В момент резких отклонений стрелки амперметра следует визуально отметить положение указателя 7 каретки на шкале стоики. Это положение будет соответствовать положению шлака и штейна.

1 — контрольныйломик; 2 — замсрочный ломнк; А — расстояние между подиной и тягой (длина контрольного ломнка); В — рас­ стояние между зеркалом ванны н тягой; А —В — общий уровень ванны .относительно пода

Управление уровнемером может быть как автоматическим, так и ручным. Электрическая схема уровнемера позволяет передавать сведения о глубине ванны на пульт печи и записывать их самопишу­ щим прибором. Применение электромеханического уровнемера по­ зволяет ликвидировать трудоемкую ручную операцию по замеру глубины ванны шлака и штейна, устранить простои печи для замера ванны, более тщательно контролировать режим плавки.

Вручную уровень жидких продуктов плавки замеряют стальным ломиком через замерочное отверстие в своде печи. Длина замерочного ломика около 5 м, диаметр 19 мм. К тому концу ломика, который не вводится в печь, под прямым углом приварена короткая планка (рис. 73). Для замера уровня ванны ломик вертикально опускают в расплав; при этом планка на ломике должна касаться поперечной тяги. Ломик выдерживают в ванне 30—40 с, по извлечении из рас­ плава на нем остается корка шлака. Причем конец ломика, находив­ шийся в штейне, покрыт тонкой коркой шлака, а часть ломика, со­ прикасавшаяся со шлаковым слоем, покрыта толстой коркой. Переход

134

от тонкой корочки шлака к толстой и есть граница между штейновым и шлаковым слоями; она хорошо видна на ломике. Извлёченный из ванны ломик укладывают на площадке рядом с контрольным, длина которого соответствует расстоянию между поперечной тягой и поди­ ной. Планку на замерочном ломике совмещают с концом контроль­ ного ломика и по рискам, нанесенным на контрольном ломике, отсчи­ тывают глубину шлакового и штейнового слоя относительно подины печи. Применение контрольного ломика исключает ошибки при определении глубин слоев продуктов плавки. Глубину общей ванны (шлак + штейн) замеряют через каждый час, штейновой ванны 1—2 раза в смену.

§ 26. Загрузка твердой шихты в электропечь

Система загрузки электропечи шихтой должна обеспечивать: максимальный проплав шихты при экономичном расходе электро­ энергии, минимальные потери металлов с отвальными шлаками, безо­ пасные условия работы, защиту стен печи от воздействия конвек­ ционных потоков шлакового расплава, возможность полной механи­ зации и автоматизации загрузки.

Шихту загружают в электропечь с помощью скребковых или катучих реверсивных ленточных транспортеров и системы загрузочных течек. Подробное описание загрузочных устройств дано в гл. V, § 15.

Стремление обеспечить максимальный проплав при высоком тепловом коэффициенте полезного действия электропечи отразилось на характере загрузки шихты в печь. Плавку ведут, загружая шихту на поверхность шлаковой ванны в виде конических куч-откосов, плавающих в расплаве. Условие плавучести откоса шихты подчи­ нено закону Архимеда: масса откоса шихты должна быть равна массе шлака, вытесненного объемом погруженной в расплав части откоса. Эту зависимость можно выразить формулой

Р = Ѵр,

где р — масса откоса, т;

V — объем погруженной части откоса, м3; р — плотность шлака, т/м3.

При плавлении откоса уменьшается объем V погруженного в рас­ плав конуса шихты. При этом нарушается равновесие между массой откоса и массой шлака в объеме погруженной в расплав части откоса. В результате откос будет погружаться в расплав до тех пор, пока не будет достигнуто условие плавучести. При погружении откоса в рас­ плав обнажается поверхность шлаковой ванны и возрастают потери тепла с отходящими газами. Для уменьшения теплопотерь и получег ния высокого проплава необходимо, чтобы зеркало шлаковой ванны было всегда по возможности полно закрыто шихтой. Откосы нужно располагать в ванне печи один возле другого без разрывов. При таком расположении основания плавающих откосов будут перекрывать друг друга и их положение в ванне будет устойчивым. Поэтому загру­ зочные течки следует размещать в своде печи таким образом, чтобы

135

откосы шихты располагались на ванне в соответствии с изложенными требованиями.

На шестиэлектродных печах шихту не загружают лишь в участки ванны между электродами и торцовыми стенками печи из-за необхо­ димости иметь нормальные условия для выпуска продуктов плавки. В эти участки загружают шихту только в случае аварии при выпуске продуктов плавки, когда возникает необходимость в быстром охлаж­ дении расплава. Количество шихты, загружаемой в печь, должно строго соответствовать плавильной способности печи. Если загрузка шихты в печь будет превышать ее плавильную способность, то про­ изойдет перегрузка с охлаждением ванны; недогрузка же печи будет сопровождаться перегревом продуктов плавки и высоким расходом электроэнергии.

Погруженные в расплав откосы шихты плавятся за счет тепла шла­ ковой ванны. Плавлению способствует конвекционное движение шла­ ковых потоков, которые омывают поверхность откосов, особенно со стороны электродов. Опытным путем установлено, что поверхность откоса, соприкасающегося с расплавленным шлаком, покрыта кор­ кой спекшейся шихты, которая препятствует проникновению в откос горячих газов. По этой причине, а также из-за низкой теплопро­ водности шихты температура внутри откоса как в погруженной в расплав части, так и над поверхностью ванны не превышает 150— 200° С (табл. 9). Находящаяся на поверхности ванны шихта контак­ тирует с горячими газами подсводового пространства и подготавли­ вается к плавке: с поверхности откосов испаряется влага шихты и могут протекать процессы термического разложения высших суль­ фидов.

В зависимости от расположения откосов в ванне печп относительно электрода различают следующие системы загрузки шихты в печь: боковую, центральную, «на электрод». Применение той или иной системы загрузки целиком определяется физическими свойствами шихты: ее объемной массой, крупностью и влажностью. При плавке шихты из руды и обожженных окатышей рекомендуется центральная загрузка, при плавке агломерата— загрузка на электрод. Рассмот­ рим указанные системы загрузки подробнее.

Боковая система загрузки

При боковой системе загрузки откосы располагают на ванне с та­ ким расчетом, чтобы они опирались на боковые стены печи (рис. 74). При таком расположении откосы защищают стены от воздействия конвекционных потоков шлака; однако между электродами и проти­ воположными откосами имеется значительный участок открытой ванны, который является источником теплопотерь за счет излучения. Поэтому данная система загрузки характеризуется самым низким показателем по проплаву шихты. Другой существенный недостаток боковой загрузки — медленный сход шихты у стен. Это обстоятель­ ство способствует образованию настыли на уровне поверхности рас­ плава, мешающей дальнейшему поступлению шихты в печь. Боко­

136

вую загрузку электропечей применяли в 40—50-тых годах при освое­ нии процесса рудной электроплавки. В настоящее время на всех оте­ чественных заводах эту систему загрузки не применяют.

Центральная система загрузки

При центральной системе загрузки откосы шихты располагают вокруг электрода таким образом, чтобы между электродами й основа­ нием конусов откосов на поверхности ванны оставался кольцевой зазор шириной 150—300 мм (рис. 75). Этот прилегающий к электроду

участок шлаковой ванны самый горячий. В нем происходит энергич­ ная циркуляция конвекционных потоков шлака, которые, контакти­ руя с поверхностью откосов, расплавляют шихту. Замеры показали, что 60—65% шихты при загрузке на откосы скатывается с откосов в шлаковую ванну в зазор между откосами и электродом, где интен­ сивно плавится, а 35—40% шихты остается на откосе.

При центральной загрузке термически неподготовленную шихту необходимо загружать на откосы с разрывом столба шихты в течке. Для этого загрузчик открывает шиберы (затворы) течек и загружает откосы до заданной высоты, а затем перекрывает течку. Правильный выбор высоты откосов над поверхностью ванны обеспечивает необ­ ходимое покрытие ванны шихтой и заглубление откосов в расплав, что позволяет защитить футеровку от воздействия конвекционных по­ токов. Расчет высоты откосов можно сделать, исходя из формулы

137