CN116607015A - 一种电渣冶炼过程中的渣池动态平衡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电渣冶炼过程中的渣池动态平衡方法,属于电渣冶炼领域。本申请通过对渣池成分的建模拟合,能够实时预测熔炼过程中渣池中的成分,并基于实时成分,在熔炼过程中的不同熔炼阶段,添加成分不同、数量不同的小颗粒预熔渣,来动态弥补渣池中渣量和渣成分的变化。在预熔渣中,各组分形成了低熔点共晶化合物,加入渣池后会快速稳定地熔化,不会造成单独添加萤石粉和氧化铝粉时的剧烈波动。本发明能够使得补渣工艺更加准确可控,有利于维持渣池的动态平衡,改善熔炼效果。
Description
技术领域
本发明属于电渣冶炼领域,具体涉及一种电渣冶炼过程中的渣池动态平衡方法。
背景技术
电渣冶金是一种以电流通过作为电阻体的电渣使电能转化为热能来熔炼金属或合金的火法精炼方法,其基本原理是通过渣池熔化并净化金属液滴,在此过程中,保证渣池厚度、成分、物性的稳定,是保证冶金质量稳定的关键。但在实际生产过程中,电渣锭表面会不断形成渣皮,从而导致渣液不断损耗,渣池厚度越来越浅,至冶炼结束时,剩余渣液甚至不到初始时的70%,显而易见会造成冶炼过程的明显波动。
为应对这一情况,通常采取冶炼过程中补充渣料的办法,通过添加相同成分的渣料弥补渣皮造成的损失。但是,此种方法仅能保持渣量的稳定,却无法保持渣液成分的稳定。因为损耗的渣皮成分与渣池成分并不一致,这是由于渣液凝固时的选分结晶造成,渣皮中会明显富集CaF2和Al2O3,从而导致剩余渣池中的CaF2和Al2O3含量显著降低,而CaO含量不断提高,进而导致渣阻、渣性、渣温的显著改变。而这种改变通过原成分渣料补渣工艺是无法弥补的。
目前,现有技术中还可以通过单独添加不同比例的萤石粉和氧化铝粉,来补充渣池中的CaF2和Al2O3的含量。这种方式相比传统的原成分补渣工艺有所进步,但是萤石粉和氧化铝粉熔点差距很大,且氧化铝粉的熔点明显高于渣池,这就会导致加渣过程中的渣池剧烈波动,反而导致偏析加重和裹渣增多的风险。
目前尚未有更先进的办法有效解决这种矛盾。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题,提供一种不同牌号渣料分段补加工艺,在冶炼过程中的不同熔炼阶段,添加成分不同、数量不同的小颗粒预熔渣,来动态弥补渣池中渣量和渣成分的变化。
本发明提出一种渣池动态平衡方法,包括以下步骤:
S1.初始渣料选用
选用粒度为7~10mm的622预熔渣100kg,渣系成分为质量比60% CaF2、20%Al2O3、20% CaO,经烘烤后放入加渣机,在熔炼起始时加入;
S2.补充渣料选用
选用粒度为2~4mm的622-01预熔渣6kg、622-02预熔渣5.5kg、622-03预熔渣5kg、622-04预熔渣4.5kg、622-05预熔渣4kg,在烘烤炉中备用;其中,622-01至622-05预熔渣中CaF2、Al2O3、CaO各相的质量占比均呈梯度变化,622-05预熔渣中不含CaO;
S3.将初始渣料加入至结晶器,开始熔炼,并对熔炼过程中渣池的成分进行循环迭代,以获得渣池中CaF2、Al2O3和CaO的实时含量,采用的模型如下:
将结晶器从高度方向上假想划分为有限的n+1个理想层,气体搅拌模式下气体喷嘴设置在结晶器的底部中央,该n+1个理想层中心对称分布且形成为圆锥形,其圆锥角θc由公式(1)和公式(2)计算得到,
其中,Frm是修正的弗劳德数,H是结晶器高度,D是结晶器直径,dn是气体喷嘴直径,Q是气体流速,π是圆周率,g是重力加速度,ρG是熔池中的液相密度,ρL是通入的气体密度;
渣池中平均铸锭循环率VL由公式(3)-(5)得出,
VL=0.00281×ε0.625H0.942dn 0.119 (3)
ε=ξ×ρL (4)
其中,ε是热反应动能耗散率,ξ是有效搅拌功率,nG是通入气体摩尔数,R是气体常量,T是渣池温度,mL是渣池损失质量,Pt和P0分别是圆锥形底部和顶部的气压;
渣池中每个成分参与冶金反应的量Δm取决于质量转换参数k,质量转换参数k由公式(6)计算得到,
Δm=kAρΔt (6)
其中,A是结晶器的横截面积,ρ是渣池密度,Δt是步进时间;
S4.每间隔预设时间,根据步骤S3所获得的渣池中CaF2、Al2O3和CaO各自的含量,将其与初始渣料成分进行比较,基于比较结果,从622-01至622-05预熔渣中选择一种或多种,配比后放入加渣机,由加渣机投入至结晶器内,从而保持渣池的动态平衡。
进一步地,所述622-05预熔渣的成分为质量比73% CaF2、27% Al2O3,不含CaO;所述622-01预熔渣的成分与初始渣料相同。
进一步地,所述步骤S4中,预设时间根据渣池内成分变化曲线确定,或者预设时间根据熔炼所需总时长平均划分确定。
进一步地,根据权利要求1所述的渣池动态平衡方法,其特征在于:所述预熔渣中,各组分形成低熔点共晶化合物。
进一步地,熔炼过程中投入预熔渣的次数大于或等于3。
在传统电渣生产过程中,一炉次的冶炼只会使用一种牌号的渣料。与现有技术相比,本发明在冶炼过程中的不同熔炼阶段,添加成分不同、数量不同的小颗粒预熔渣,来动态弥补渣池中渣量和渣成分的变化。在预熔渣中,各组分形成了低熔点共晶化合物,所以加入渣池后会快速稳定地熔化,不会造成单独添加萤石粉和氧化铝粉时的剧烈波动,有效解决了这个长期存在的工艺矛盾。采用模型对熔炼过程中的渣池成分进行拟合,多次循环迭代优化结果,能够更精确的预测渣池中的实时成分,使得补渣工艺更加准确可控,有利于维持渣池的动态平衡,改善熔炼效果。
附图说明
图1电渣冶炼原理示意图
具体实施方式
图1是电渣冶炼原理示意图,基本冶炼过程为,在水冷结晶器1中加入渣料,将电极5一端插入结晶器内的渣池2内并通电,电极5、渣池2和铸锭4与外电源联通形成供电回路,通电后,电极5与具有电阻值的熔渣产生电阻热,熔渣和电极迅速升温,达到一定温度后,电极开始融化,其端部融化汇聚成金属小液滴6,随着熔炼进行,小液滴的体积逐渐增大,脱离电极5端部坠落,穿过渣池2进入底部,形成金属熔池3。在水冷结晶器的冷去作用下,液态金属逐渐由下向上凝固成铸锭4。
在熔炼过程中,渣池成分随着金属的不断凝固而发生变化,本发明提出一种渣池动态平衡方法,包括以下步骤:
S1.初始渣料选用
选用粒度为7~10mm的622预熔渣100kg,渣系成分为质量比60% CaF2、20%Al2O3、20% CaO,经烘烤后放入加渣机,在熔炼起始时加入;
S2.补充渣料选用
选用粒度为2~4mm的622-01预熔渣6kg、622-02预熔渣5.5kg、622-03预熔渣5kg、622-04预熔渣4.5kg、622-05预熔渣4kg,在烘烤炉中备用;其中,622-01至622-05预熔渣中CaF2、Al2O3、CaO各相的质量占比均呈梯度变化,622-05预熔渣中不含CaO;
S3.将初始渣料加入至结晶器,开始熔炼,并对熔炼过程中渣池的成分进行循环迭代,以获得渣池中CaF2、Al2O3和CaO的实时含量,采用的模型如下:
将结晶器从高度方向上假想划分为有限的n+1个理想层,气体搅拌模式下气体搅拌模式下气体喷嘴设置在结晶器的底部中央,该n+1个理想层中心对称分布且形成为圆锥形,其圆锥角θc由公式(1)和公式(2)计算得到,
其中,Frm是修正的弗劳德数,H是结晶器高度,D是结晶器直径,dn是气体喷嘴直径,Q是气体流速,π是圆周率,g是重力加速度,ρG是熔池中的液相密度,ρL是通入的气体密度;
渣池中平均铸锭循环率VL由公式(3)-(5)得出,
VL=0.00281×ε0.625H0.942dn 0.119 (3)
ε=ξ×ρL (4)
其中,ε是热反应动能耗散率,ξ是有效搅拌功率,nG是通入气体摩尔数,R是气体常量,T是渣池温度,mL是渣池损失质量,Pt和P0分别是圆锥形底部和顶部的气压;
渣池中每个成分参与冶金反应的量Δm取决于质量转换参数k,质量转换参数k由公式(6)计算得到,
Δm=kAρΔt (6)
其中,A是结晶器的横截面积,ρ是渣池密度,Δt是步进时间;
S4.每间隔预设时间,根据步骤S3所获得的渣池中CaF2、Al2O3和CaO各自的含量,将其与初始渣料成分进行比较,基于比较结果,从622-01至622-05预熔渣中选择一种或多种,配比后放入加渣机,由加渣机投入至结晶器内,从而保持渣池的动态平衡。
进一步地,所述622-05预熔渣的成分为质量比73% CaF2、27% Al2O3,不含CaO;所述622-01预熔渣的成分与初始渣料相同。
进一步地,所述步骤S4中,预设时间根据渣池内成分变化曲线确定,或者预设时间根据熔炼所需总时长平均划分确定。
进一步地,根据权利要求1所述的渣池动态平衡方法,其特征在于:所述预熔渣中,各组分形成低熔点共晶化合物。
进一步地,熔炼过程中投入预熔渣的次数大于或等于3。
在传统电渣生产过程中,一炉次的冶炼只会使用一种牌号的渣料。与现有技术相比,本发明在冶炼过程中的不同熔炼阶段,添加成分不同、数量不同的小颗粒预熔渣,来动态弥补渣池中渣量和渣成分的变化。在预熔渣中,各组分形成了低熔点共晶化合物,所以加入渣池后会快速稳定地熔化,不会造成单独添加萤石粉和氧化铝粉时的剧烈波动,有效解决了这个长期存在的工艺矛盾。采用模型对熔炼过程中的渣池成分进行拟合,多次循环迭代优化结果,能够更精确的预测渣池中的实时成分,使得补渣工艺更加准确可控,有利于维持渣池的动态平衡,改善熔炼效果。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中,除非另有说明,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
最后应说明的是,上述技术方案只是本发明的一种实施方式,对于本领域内的技术人员而言,在本发明公开了应用方法和原理的基础上,很容易做出各种类型的改进或变形,而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法,因此前面描述的方式只是优选的,而并不具有限制性的意义。
Claims (5)
1.一种电渣冶炼过程中的渣池动态平衡方法,包括以下步骤:
S1.初始渣料选用
选用粒度为7~10mm的622预熔渣100kg,渣系成分为质量比60%CaF2、20%Al2O3、20%CaO,经烘烤后放入加渣机,在熔炼起始时加入;
S2.补充渣料选用
选用粒度为2~4mm的622-01预熔渣6kg、622-02预熔渣5.5kg、622-03预熔渣5kg、622-04预熔渣4.5kg、622-05预熔渣4kg,在烘烤炉中备用;其中,622-01至622-05预熔渣中CaF2、Al2O3、CaO各相的质量占比均呈梯度变化,622-05预熔渣中不含CaO;
S3.将初始渣料加入至结晶器,开始熔炼,并对熔炼过程中渣池的成分进行循环迭代,以获得渣池中CaF2、Al2O3和CaO的实时含量,采用的模型如下:
将结晶器从高度方向上假想划分为有限的n+1个理想层,在考虑气体搅拌的模式下,气体喷嘴设置在结晶器的底部中央,该n+1个理想层中心对称分布且形成为圆锥形,其圆锥角θc由公式(1)和公式(2)计算得到,
其中,Frm是修正的弗劳德数,H是结晶器高度,D是结晶器直径,dn是气体喷嘴直径,Q是气体流速,π是圆周率,g是重力加速度,ρG是熔池中的液相密度,ρL是通入的气体密度;
渣池中平均铸锭循环率VL由公式(3)-(5)得出,
VL=0.00281×ε0.625H0.942dn 0.119 (3)
ε=ξ×ρL (4)
其中,ε是热反应动能耗散率,ξ是有效搅拌功率,nG是通入气体摩尔数,R是气体常量,T是渣池温度,mL是渣池损失质量,Pt和P0分别是圆锥形底部和顶部的气压;
渣池中每个成分参与冶金反应的量Δm取决于质量转换参数k,质量转换参数k由公式(6)计算得到,
Δm=kAρΔt (6)
其中,A是结晶器的横截面积,ρ是渣池密度,Δt是步进时间;
S4.每间隔预设时间,根据步骤S3所获得的渣池中CaF2、Al2O3和CaO各自的含量,将其与初始渣料成分进行比较,基于比较结果,从622-01至622-05预熔渣中选择一种或多种,配比后放入加渣机,由加渣机投入至结晶器内,从而保持渣池的动态平衡。
2.根据权利要求1所述的渣池动态平衡方法,其特征在于:所述622-05预熔渣的成分为质量比73%CaF2、27%Al2O3,不含CaO;所述622-01预熔渣的成分与初始渣料相同。
3.根据权利要求1所述的渣池动态平衡方法,其特征在于:所述步骤S4中,预设时间根据渣池内成分变化曲线确定,或者预设时间根据熔炼所需总时长平均划分确定。
4.根据权利要求1所述的渣池动态平衡方法,其特征在于:所述预熔渣中,各组分形成低熔点共晶化合物。
5.根据权利要求1所述的渣池动态平衡方法,其特征在于:熔炼过程中投入预熔渣的次数大于或等于3。
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