RU1704536C - Электропечь дл переработки шлаков - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области цветной металлургии , в частности, к электропечам дл  переработки шлаков. Цель - увеличение -производительности . В электропечи электроды объединены в две группы, подключенные к источникам тока разной пол рности, одна из которых установлена на подину печи, причем электроды разной пол рности установлены через один За счет установки группы электродов на подину слой металла (штейна) приобретает общий потенциал и представл ет собой объединенный нижний электрод Зона растекани  тока существенно смещаетс  вниз, что приводит к повышению температуры в нижних сло х ванны и позвол ет уменьшить настылеобразование. Увеличение производительности достигаетс  обеспечением максимальной скорости осаждени  механической взвеси за счет совпадени  направлений сил т жести и электрокапилл рных сил и предотвращением избыточного настылеобрээовани . 1 табл. 1 ил.

Description

СЛ С

-J

О 4 СП

ы

CN

Изобретение относитс  к области цветной металлургии, в частности к проектированию и эксплуатации шлаковых электропечей, и может найти применение в черной металлургии и химической промышленности .

Шлаки цветной металлургии, особенно конвертерные шлаки, во многих случа х содержат значительное ко ичестпо ценных металлов. Дл  их извлечени  шлак направл ют на дальнейшую переработку, котора  в промышленных услови х осуществл етс  в электропечах переменного тока. Механизм извлечени  металлов из жидких шлаков при их обеднении в электропечи заключаетс  в следующем. В электропечь заливают шлак и загружают твердый восстановитель (коксик, антрацитовый штыб, клинкер и другие). Сульфиды металлов, наход щиес  в шлаке, нагреваютс  и отстаиваютс , а окислы ценных металлов частично восстанавливаютс  углеродом восстановител . Расплав сульфидов металлов (штейн) или восстановленный металл вследствие разности в удельных сесэх шлака , штейна и металла скапливаетс  на подине в виде сплошного сло  - донной фазы. Поскольку окислов железа в шлаке больше, чем окислов ценных цветных металлов, то преимущественно восстанавливаютс  окислы железа. В результате образуетс  тугоплавкий металлический сплав, состо щий в основном из железа. Этот сплав, имеющий высокую температуру плавлени , намерзает на подине печи в виде настылей. При этом возникают осложнени  при выпуске из печи штейна или других продуктов плавки, так как настыль преграждает доступ штейна (металла) к шпуровым отверсти м, В результате производительность печи снижаетс . При наличии штейна в печи металлический сплав раствор етс  в штейне и образуетс  металлизированный штейн, что способствует уменьшению намерзани  металлического сплава в виде настылей на подине печи. Тем не менее предотвращение чрезмерного настылеобразовани  на подине  вл етс  одной из основных проблем при эксплуатации обеднительных электропечей дл  переработки шлаков. Объ сн етс  это тем, что во избежание осаждени  металлического железа на подину печи требуетс , чтобы температура штейна была не менее 1200°С. Такую температуру сло  штейна (без перегрева шлака) можно обеспечить лишь при значительном приближении рабочих концов электродов к подине. Поскольку обедн - емые шлаки отличаютс  высоким содержанием в них окислов железа и, следовательно , большой удельной электропроводностью , то при указанном выше глубоком погружении электродов в шлак и прочих равных услови х (геометрических размерах, заданных мощности и производительности

печи) электрическое сопротивление ванны оказываетс  существенно уменьшенным, в свлзисчем напр жение сниженным, а сила тока - увеличенной. При этом электрический КПД и конус ФИ резко падают. Это приводит к необходимости увеличивать пропускную способность токоведущих элементов, включал увеличение диаметра электродов и габаритов печи, что сопровождаетс  уменьшением удельной производительности пе5 чи, ростом удельного расхода электроэнергии, т.е. увеличением капитальных эксплуатационных затрат на единицу выпускаемой продукции. На практике идут на компромисс, ограничива  увеличение ге0 ометрических размеров токоведущих элементов и габаритов печи разумными пределами, в результате чего обеднитель- ные печи характеризуютс  повышенным иастылеобразованием на подине, затрудн 5 ющим нормальную эксплуатацию печи и поэтому снижающим ее производительность. Известна электропечь переменного тока дл  переработки шлаков, выполненна  в виде футерованной шахты с коксовой на0 садкой и электродами, расположенными в противоположных стенках шахты (авт.св. СССР № 836471, кл. F 27 В 1/00). Недостатком этой конструкции  вл етс  низка  производительность из-за повышенных потерь

5 ценных-компонентов с отвальным шлаком, что обусловлено невозможностью использовани  соедин ющих эффектов электролизашлаковой ванны и электрокапилл рного движени .

0 Наиболее близкой к предлагаемой печи  вл етс  обедпительна  печь дл  переработки шлаков, содержаща  корпус, загрузочные устройства и электроды.

Данна  конструкци  (прототип) пред5 ставл ет собой обеднительную электропечь , футерованную огнеупором, с электродами, подключенными к источнику переменного тока, рабочие концы которых наход тс  на некотором рассто нии от под0 ины. Недостатком такой конструкции  вл етс  низка  производительность из-за повышенных потерь ценных компонентов со шлаком вследствие невозможности использовани  обедн ющих эффектов электролиза

5 шлаковой ванны и электрокапилл рного движени , а также из-за избыточного настылеобразовани , преп тствующего нормальной эксплуатации печи. Целью изобретени   вл етс  увеличение производительности печи .

Цель достигаетс  тем, что в известной электропечи дл  переработки шлаков, содержащей корпус, загрузочные устройства и электроды, согласно изобретению электроды объединены в группы, подключенные к источнику посто нного тока, одна из которых установлена на подину печи.

Отличием предлагаемой печи от прототипа  вл етс  установка одной группы элементов на подину печи, подключение этой группы к одному полюсу источника тока и подключение другой группы электродов к другому полюсу.

Наличие отличительных по отношению к прототипу признаков подтверждает соответствие предлагаемого технического решени  критерию новизны,

На чертеже показана многоэлектродна  руднотермическа  печь посто нного тока. Печь состоит из футерованного корпуса 1, загрузочных устройств 2, электродов 3, из которых одна группа 4 установлена на уплотненной в результате предварительного ошлаковйни  новой печи защитной на- стылью b подине 6 и подключена к одному полюсу источника тгжа, например к положительному , а другал группа электродов 7 подключена к другому полюсу, например к отрицательному. Потенциал на электроды подаетс  через контактные щеки 8 источники питани . Концы электродов группы 4 погружены в слой металла или штейна 9 на подине печи, а электроды группы 7 погружены в шлаковый расплав 10. Ошлакование футеровки  вл етс  обычной операцией перед пуском новой печи, осуществл емой с целью уплотнени  швов кладки путем засыпки твердого дроблени  шлака или заливки жидкого шлака.

Печь работает следующим образом.

После набора шлакового расплава 10 на электроды через контактные щеки 8 подают напр жение посто нного тока, величину которого регулируют и подбирают таким образом , чтобы при заданной мощности обеспечить поддержание на подине 6 уплотн ющей настыли 5. При данном составе шлака этим определ етс  положение электродов группы 7 в рабочем пространстве печи по вертикали. В ванну загружают восстановитель, например кокс, способствующий восстановлению металлов из окислов химическим путем. В установившемс  режиме электрический ток между электродами 4 и электродами 7 протекает через шлаковый расплав преимущественно по пути: электроды 4 - слой металла или штейна 9 - электроды 7 и частично - непосредственно между электродами 4 п 7. При этом выдел ющеес  главным образом в

шлаке джоулево тепло перегревает расплав . Химически восстановленный металл (или штейн) вследствие разницы плотностей накапливаетс  в расплавленном состо- 5  нии в слое 9. Часть восстановленного металла остаетс  в шлаке в химически растворенном состо нии и в виде механической взвеси. При протекании посто нного тока через шлаковый расплав в результате

0 электролиза происходит дополнительное обеднение шлака, при котором частицы металлов выдел ютс  из химического раствора и вместе с остальными капл ми металлов, содержащимис  в шлаке, под дей5 ствием сил т жести и электрокапилл рных сил т жести и электрокапилл рных сил оседают на подине печи. Пол рность электродов групп 4 и 7 определ ют экспериментально, исход  из услови  мини0 мального содержани  ценных металлов в шлаке, которое обеспечиваетс  при совпадении направлений сил т жести и электрокапилл рных сил.

Электрическое поле, наложенное на

5 шлак, способствует его обеднению с одной стороны вследствие электролитического выделени  металла из химического раствора, а с другой - в результате направленного действи  на зар женные капли металла или

0 штейна и их переноса к одному из электродов . При данной пол ризации электродов направление движени  металлической взвеси зависит как от ее состава, так и от состава шлака и окислительного потенциа5 ла газовой фазы и может измен тьс  на пр мо противоположное. Максимальна  скорость осаждени  механической взвеси достигаетс  при совпадении направлений сил т жести и электрокапилл рных сил, сле0 довательно последние должны быть направленыпо вертикали вниз при соответствующей пол ризации.

Сравнение предлагаемого решени  не только с прототипом, но и с другими техни5 ческими решени ми в области шлаковой электротермии не позволило вы вить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позвол ет сделать вывод о соответствии критерию

0 существенные отличи .

Наличие в предлагаемом решении новых признаков по сравнению с прототипом неожиданно позволило получить значительное увеличение производительности

5 печи. За счет установки группы электродов 4 на подину сло  металла приобретает общий потенциал и представл ет собой объединенный нижний электрод. При этом по сравнению с прототипом зона растекани  тока существенно смещаетс  вниз, приближа сь к подине, что приводит к повышению температуры в нижних сло х ванны и, следовательно , позвол ет уменьшить настыле- образование при неизменных значени х мощности, геометрических параметров печи сопротивлени  ванны, напр жени  и силы тока (дл  чего следует лишь соответственно уменьшить заглубление электродов группы 7 в расплав).

Таким образом, по сравнению с прототипом удаетс  увеличить производительность печи как за счет дополнительного извлечени  ценных металлов в результате электролиза и действи  электрокапилл рных сил, так и вследствие предотвращени  избыточного настылеобраэовани  без снижени  основных технико-экономических показателей работы печи (КПД, косинуса ФИ, капитальных, и эксплуатационных затрат ).

Необходимость установки на подину именно группы электродов, а не одного из них, объ сн етс  следующими причинами. Применение многоэлектродных печей вызвано тем, что величины диаметра электродов и плотности тока в них имеют ограничени , поэтому в общем случае использование групп электродов неизбежно.

При этом целесообразно в данной цепи примен ть электроды одинаковой конструкции и размеров (диаметра), а в печи посто-  нного тока должны быть равные количества электродов разной пол рности. Исследовани  показали, что в противном случае либо усложнитс  конструкци  печи, либо снизитс  ее производительность.

Действительно, при неодинаковых электродах затрудн етс  обслуживание печи , что св зано с необходимостью иметь различные электродные хоз йства (детали механизмов перемещени  электродов, электрододержателей, кожухов самоспекающихс  электродов, уплотнений электродных отверстий в своде печи). При одинаковых электродах, но неравных количествах электродов в группах с разной пол рностью наблюдаетс  ограничение пропускной способности группы с меньшим количеством электродов, а следовательно, производительность печи будет недоиспользована . Установлено, что если при наличии одинаковых электродов и равных их количествах в группах разной пол рности на подину устанавливаетс  только часть группы электродов одной пол рности (например , один электрод), то полезный эффект работы печи снижаетс , так как часть тока растекаетс  по обычной схеме прототипа , т.е. в верхних сло х ванны между электродами разной пол рности, не

установленными на подину. При этом ослабл етс  как эффект обеднени  шлака за счет электрокапилл рных сил, так и эффект размыва настылей за счет приближени  к подине зон растекани  тока. Таким образом,

изобретение позвол ет повысить извлечение ценных компонентов шлака, увеличить производительность печи и упростить ее конструкцию.

В таблице приведены результаты экспериментальных исследований зависимости показателей работы печи от рода источника тока и положени  электродов в рабочем пространстве.

Исследовани  проводили на шестиэлектродной закрытой пр моугольной обедни- тельной электропечи номинальной мощностью 250 кВА с электродами диаметром 100 мм, расположенными по длинной оси ванны, в которой перерабатывали конвертерный шлак, содержащий, мас.%: 5,8 меди. 3,75 свинца, 4,12 цинка, 28,5 железа, 29,8 диоксида кремни , 8,4 оксида кальци , остальное кислород и прочие,

Как следует из данных, приведенных в

таблице, при выполнении конструкции печи согласно изобретению производительность печи по шлаку значительно увеличилась (примерно в 2 раза) при одновременном уменьшении потерь ценных металлов с отвальным шлаком.

Таким образом, предлагаема  печь обладает существенными преимуществами по сравнению с прототипом: простотой и надежностью конструкции, повышенной производительностью , низким содержанием ценных компонентов в отвальном шлаке.

По сравнению с базовым образцом, в качестве которого выбрана обеднительна 

электропечь дл  переработки конвертерных шлаков НПО Джезказганцветмет, предлагаема  печь позвол ет увеличить производительность печи мощностью 9 мВт в 2 раза и получить экономический эффект в размере 450

тыс, руб. в год.

(56) Авторское свидетельство СССР № 727951, кл. F 27 В 3/08, 1977,

Серебр ный Я.Л. Электроплавка медно- никелевых руд и концентратов. М.: Металлурги , 1974, с. 233-237, рис. 77. 96.

Продолжение таблицы

Claims (1)

1. Формула изабретени  ЭЛЕКТРОПЕЧЬ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАКОВ, содержаща  корпус, загрузочные устройства и электроды, подключенные к источнику тока, отличающа с  тем, что, с целью увеличени  производительно- .

   сти, электроды объединены в две группы, подключены к источникам тока разной пол рности , причем одна из групп электродов установлена на подину печи,1 электроды разной пол рности установлены через один.