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

По данным института «Гипроникель», отношение h3 : hB при плавке агломерата равно 0,5; при плавке шихты комбината «Печенганикель» — примерно 1,5; при плавке шихты комбината «Североникель» — примерно 2.

Согласно теории электроплавки при глубокопогруженных отко­ сах конвекция шлака, обеспечивающая как активное плавление шихты, так и разрушение стен печп, происходит в слое шлака, тол­ щина которого примерно равна трехкратной глубине погружения

при плавке, например, шихты комбината «Пененганикель» ha соста­ вит: 1800 : 1,5 = 1200 мм. Зная значения /гв и угла естественного откоса шихты а (табл. 20), можно определить площадь основания от-

число откосов для покрытия поверхности ванны.

Устанавливая высоту откоса, следует также заботиться и о том, чтобы между сводом и шихтой оставалось достаточное пространство для прохода газов к газоходам. В противном случае в подсводовом пространстве может возникнуть положительное давление газов, ко­ торые будут выделяться через неплотности в своде, ухудшая условия труда на загрузочных площадках. На практике высоту откоса над уровнем ванны устанавливают, либо подбирая соответствующее по­ ложение загрузочного патрубка, опущенного под свод печи, либо визуально, наблюдая за положением конуса шихты относительно свода печи.

Решающее влияние на выбор высоты откосов оказывает качество шихты, ее крупность и влажность. При переработке одной кусковой руды (80% класса — 5 0 + 1 0 мм) влажностью до 3% высоту откоса можно поддерживать до 1000—1100 мм. При плавке такой руды от­

138

косы шихты устойчивы и их опрокидывания не происходит. При электроплавке шихты влажностью выше 3%, содержащей много руд­ ной мелочи и окатышей (свыше 20%' класса — 10 мм), откосы неустой­ чивы, легко разрушаются и опрокидываются. Это объясняется тем, что при загрузке в печь шихтовых материалов основная часть мелкой фракции шихты задерживается на откосах, а крупные фракции ска­ тываются в ванну.

Поскольку мелочь шихты содержит больше влаги, чем ее крупная фракция, то из-за сегрегации откосы имеют большую влажность, чем исходная шихта. При наличии в шихте влажной мелочи (особенно при высоком содержании в шихте магнезии) на поверхности откоса часто образуется спеченная корка, препятствующая нормальному сходу шихты. При этом откосы зависают над ванной, так как их нижняя часть, погруженная в расплав, подплавляется со стороны электрода конвекционными потоками шлака. В случае обрушения зависшей части откоса влажная шихта погружается в расплав, что вызывает взрыв. Взрывы разрушают свод печи й создают опасные условия труда для обслуживающего персонала.

Особенно сильные взрывы происходят при погружении в расплав всего откоса. Такое явление возникает при значительном односторон­ нем подплавлении откоса или зависании в результате резкого сни­ жения уровня ванны. При этом центр тяжести плавающего откоса смещается вверх, откос теряет устойчивость и опрокидывается.

Технологические трудности, связанные с переработкой влажной шихты с высоким содержанием мелочи (больше 20% класса— 10 мм), вынуждают вести электроплавку таких материалов с откосами малой высоты (не более 500 мм). С уменьшением высоты откоса снижается глубина его погружения в ванну. При разрушении таких низких откосов взрывов не происходит, так как шихта распределяется на поверхности ванны, не погружаясь в глубь расплава.

С уменьшением высоты откосов снижается количество шихты, которое находится на поверхности ванны и в расплаве, поэтому шлаковая ванна несколько перегревается и повышается температура отходящих газов. В результате уменьшается проплав шихты и воз­ растает удельный расход электроэнергии. Однако снижение проплава возмещается увеличением времени безаварийной работы печи, так как ликвидация взрывов рбзко сокращает простои печи для ремонта свода.

Так, на комбинате «Североникель» до строительства фабрики окускования флотоконцентрата его перерабатывали в смеси с кус­

влажность шихты достигала 6%. Переработка такой шихты при за­ грузке ее в печь высокими откосами (1000—1200 мм) сопровождалась частыми взрывами, разрушавшими своды электропечей. Простои электропечей из-за ремонтов сводов достигали нескольких суток в ме­ сяц. С переходом на загрузку шихты откосами малой высоты (до 500 мм) аварийные простои из-за ремонтов сводов почти полностью прекратились.

139

Другим надежным способом ликвидации взрывов в печи при пере­ работке шихты, содержащей значительное количество влажной ме­ лочи, можно считать раздельную плавку руды и концентрата в одной электропечи. (В настоящее время этот способ загрузки применяют на комбинате «Печенганикель» при остановке на ремонт фабрики окускования концентрата).

Сущность способа заключается в следующем: при приготовлении шихты концентрат (15—20%) и руду (80—85%) не смешивают, а от­ дельно разгружают в специальные отсеки, сооруженные в бункерах над электропечами. Отсюда концентрат, имеющий влажность 4—5%, как материал богатый и мелкий, подают в-головную часть печи, уда­ ленную от шлаковых шпуров, а руду грузят на остальные откосы.

Материалы подают в печь скребковыми транспортерами. Сначала загружают рудную шихту, затем концентрат. Перед загрузкой кон­ центрата шиберы на загрузочных трубах, подающих шихту на руд­ ные откосы, перекрывают. Таким образом в печи создают два вида откосов — рудные и концентратные. Высоту рудных откосов под­ держивают на уровне 1200 мм от поверхности ванны, высоту концеитратных откосов на уровне 500 мм. Поскольку насыпная масса кон­ центрата и высота его откоса меньше аналогичных параметров для руды, то концентратные откосы погружены в ванну расплава на глу­ бину в 2,5—3 раза меньшую, чем рудные. В связи с этим при разру­ шении концентратных откосов не образуется взрывов, так как кон­ центрат распределяется на поверхности ванны, не погружаясь в рас­ плав.

Следует отметить, что даже'при плавке сухой и крупнокусковой шихты во избежание нарушения технологии электроплавки следует очень точно соблюдать заданную высоту откосов. При чрезмерно вы­ соком откосе его заглубление в расплав может превысить толщину шла­ кового слоя (1600—1800 мм) и шихта будет соприкасатся со штейном. В этом случае возможно бурление ванны, а иногда даже фонтаниро­ вание штейна на поверхность ванны в результате флотации его частиц пузырьками сернистого газа, образующегося при взаимодействии

ванны резко возрастает и нарушается нормальный электрический режим работы печи (возникает открытая электрическая дуга). При бурлении ванны ухудшаются условия разделения штейна и шлака, увеличиваются потери металлов.

К числу других нежелательных явлений, возникающий при работе на чрезмерно высоких откосах шихты, относятся: «перекос» электро­ дов, поломка рабочего конца электрода, увеличение заглубления электрода в шлаковую ванну. Отклонение оси электрода от верти­ кали или «перекос» электрода возникает следующим образом. При высоких откосах 0 1400 мм) их основания вплотную приближаются к электроду и оказывают на него определенное давление. Если от­ косы, окружающие электрод, имеют равную высоту, то и давление, оказываемое ими на электрод, будет одинаковым: электрод распола­ гается в ванне строго вертикально.

140

При отсутствии с диаметрально противоположной стороны элек­ трода откоса одинаковой высоты на электрод не будет воздействовать уравновешенное давление; он отклонится от вертикали и прижмется к сводовому кольцу. Для предотвращения разрушения кольца ме­ ханизм перемещения электрода приходится отключать, что ведет к нарушению регулировки мощности печи.

Одной из причин поломок рабочего конца электрода является большое давление на него высоких откосов шихты. Особенно возра­ стает вероятность поломки при «перекосе» электрода. В этом случае возникает значительный изгибающий момент, под действием которого конец электрода ломается.

Из изложенного следует, что центральная система загрузки шихты имеет свои преимущества и недостатки. Важнейшее достоин­ ство центральной системы загрузки — расположение откосов шихты вблизи зоны максимальных тепловыделений, что при хорошо под­ готовленной к плавке шихте обеспечивает высокий проплав и низ­ кий удельный расход электроэнергии на плавку.

Недостаток системы загрузки — плохая устойчивость высоких откосов при влажной шихте и большом количестве мелочи. Плохое качество шихты служит причиной взрывов, сопровождающихся разрушением свода, и, как следствие, аварийных простоев электро­ печи, связанных с ремонтом свода.

При центральной загрузке вокруг электрода открыт участок ванны, который служит очагом интенсивного газовыделения. При недостаточном разрежении в подсводовом пространстве печи факел газов, нагретых до 600—800° С, вырывается в кольцевой зазор между электродом и сводом, что приводит к значительным потерям тепла и выделению вредных газов и пыли в атмосферу цеха.

Высокая температура газов, омывающих электроды, создает благоприятные условия для их спекания, но в то же время способ­ ствует обгоранию электродов в подсводовом пространстве до погруже­ ния их в расплавленную ванну. В результате увеличивается расход железа кожухов и электродной массы.

Горячие газы, вырывающиеся из-под свода в кольцевой зазор вокруг электрода, способствуют износу контактных щек и арматуры их водяного охлаждения.

Загрузка та электрод»

В 1959 г. в Норильском горно-металлургическом комбинате была внедрена так называемая система загрузки «на электрод» руд­ ных электропечей. Она во многом свободна от недостатков централь­ ной системы нагрузки. Как и при центральной загрузке, при загрузке шихты «на электрод» материал загружают в околоэлектродную зону максимальных тепловыделений. Однако если при центральной за­ грузке на поверхности ванны между электродом и откосом существует открытый участок ванны, то при загрузке «на электрод» поверхность ванны вокруг электрода полностью закрыта шихтой. При этом за­ грузочные течки располагаются в своде печи таким образом, чтобы

141