RU2088680C1

RU2088680C1 - Method of processing slags in electric furnaces

Info

Publication number: RU2088680C1
Application number: RU95107667A
Authority: RU
Inventors: Г.С. Нус; Е.И. Калнин; Ю.А. Катаев; О.Б. Ранский; П.В. Стадухин
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов "Гинцветмет"; Товарищество с ограниченной ответственностью "Кировоградский медеплавильный комбинат"
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 1997-08-27
Also published as: RU95107667A

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: when processing slags in electric furnace including loading slags and imposing voltage on unlike-polarity electrodes installed in alternate order and combined into two groups, one of them being installed on bottom of furnace, polarity of electrode groups is changed simultaneously with changing mutual deepening of them into smelt. EFFECT: facilitated electrode control. 1 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к переработке шлаков в электропечах, и может быть использовано в черной металлургии. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the processing of slag in electric furnaces, and can be used in ferrous metallurgy.

Известен способ переработки шлаков в электропечи, включающий загрузку шлака и подачу напряжения переменного тока на электроды, погруженные в шлак, рабочие концы которых находятся на некотором расстоянии от подины (Серебрянный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов. М. Металлургия, 1974, с. 233-237, рис. 77, 96). Недостатками этого способа являются значительные потери ценных компонентов шлака и избыточное настылеобразование на подине печи, что также приводит к снижению производительности способа. A known method of processing slag in an electric furnace, including loading slag and applying an alternating current voltage to electrodes immersed in slag, the working ends of which are located at a certain distance from the bottom (Serebryany YL Electric smelting of copper-nickel ores and concentrates. M. Metallurgy, 1974 , pp. 233-237, Fig. 77, 96). The disadvantages of this method are significant losses of valuable components of the slag and excessive nastyleobrazovaniya on the hearth of the furnace, which also leads to a decrease in the productivity of the method.

Наиболее близким к заявленному является способ переработки шлаков в электропечи, включающий загрузку шлаков и подачу напряжения на электроды разной полярности, установленные через один и объединенные в две группы, одна из которых установлена на подину печи (Описание изобретения к авт.св. СССР N 1704536, кл. F 27 B 3/08, опублик. БИ N 45-46, 1993). При этом требуемую полярность электродов, определяющую направление электрокапиллярных сил, находят экспериментально исходя из условий минимального содержания ценных металлов в шлаке. Closest to the claimed one is a method of processing slag in an electric furnace, including loading slag and applying voltage to electrodes of different polarity, installed through one and combined into two groups, one of which is installed on the bottom of the furnace (Description of the invention to auth. St. USSR N 1704536, CL F 27 B 3/08, published BI No. 45-46, 1993). In this case, the required polarity of the electrodes, which determines the direction of the electrocapillary forces, is found experimentally based on the conditions for the minimum content of valuable metals in the slag.

К числу недостатков известного способа следует отнести прежде всего низкую производительность из-за повышенных потерь ценных компонентов с отвальным шлаком, что обусловлено невозможностью полного использования обедняющих эффектов перемешивания и последующего отстаивания расплава, а также повышенный расход электродов из-за несимметричного обгорания и обломов электродов. The disadvantages of this method include, first of all, low productivity due to increased losses of valuable components with dump slag, which is due to the impossibility of fully utilizing the depletion effects of mixing and subsequent settling of the melt, as well as increased consumption of electrodes due to asymmetric burning and breakdowns of the electrodes.

Указанные недостатки обусловлены рядом следующих факторов, вытекающих из самой сущности способа. These disadvantages are due to a number of the following factors arising from the very essence of the method.

Энергетические и гидродинамические процессы, протекающие у электродов разной полярности, несимметрично заглубленных в расплав, существенно различны. Так, при протекании постоянного тока через шлаковый расплав на электродах с положительным потенциалом выделяются отрицательно заряженные ионы кислорода, которые разряжаются на электродах и, взаимодействуя с углеродом электродов, образуют газообразный оксид углерода CO. В результате выделения газа происходит барботаж расплава, увеличивающий циркуляцию расплава у углеродов с положительной полярностью. При этом электроды выгорают, за счет чего расходуются в расплаве, приобретая заостренную конусообразную форму. The energy and hydrodynamic processes that occur at electrodes of different polarity, asymmetrically buried in the melt, are significantly different. So, when direct current flows through the slag melt, negatively charged oxygen ions are released on the electrodes with a positive potential, which are discharged on the electrodes and, interacting with the carbon of the electrodes, form gaseous carbon monoxide CO. As a result of gas evolution, the melt is bubbled, which increases the circulation of the melt in carbons with positive polarity. In this case, the electrodes burn out, due to which they are consumed in the melt, acquiring a pointed conical shape.

На электродах с отрицательным потенциалом, наоборот, взаимодействие ионов кислорода не происходит, поэтому барботаж практически отсутствует и циркуляция расплава у электрода уменьшается. Кроме того, у электродов несимметрично заглубленных в расплав, резко различаются условия естественной тепловой конвекции, так как у электродов, установленных на подину, джоулево тепло практически не выделяется и вся мощность печи в основном приходится на электроды, погруженные в шлаковый расплав. При этом в зависимости от полярности электродов возможны варианты, в которых вследствие суммирования процессов барботажа и естественной конвекции интенсивность перемешивания расплава у электродов может ослабляться, что уменьшает интенсивность осаждения частиц ценных компонентов и, следовательно, ухудшает обеднение шлакового расплава. On the electrodes with negative potential, on the contrary, the interaction of oxygen ions does not occur, therefore, bubbling is practically absent and the melt circulation at the electrode decreases. In addition, the electrodes asymmetrically buried in the melt sharply differ in the conditions of natural thermal convection, since the electrodes mounted on the bottom practically do not emit Joule heat and the entire power of the furnace is mainly accounted for by electrodes immersed in slag melt. Depending on the polarity of the electrodes, options are possible in which, due to the summation of the bubbling processes and natural convection, the intensity of melt mixing at the electrodes can be weakened, which reduces the rate of deposition of particles of valuable components and, therefore, worsens the depletion of slag melt.

В связи с тем, что у электродов с отрицательным потенциалом взаимодействие ионов кислорода с углеродом не происходит, регулярный сход этих электродов отсутствует и форма их концов, погруженных в расплав, с течением времени не изменяется. Однако происходит выгорание этих электродов в газовом пространстве печи за счет кислорода подсасываемого воздуха, причем особенно интенсивно на уровне зеркала шлаковой ванны, где температура газового пространства максимальна. При этом поскольку сход электродов отсутствует, наступает момент, когда на уровне зеркала ванны их диаметр настолько уменьшается, что погруженные в расплав части электродов обламываются и практически теряются, так как не могут быть использованы по назначению. В итоге это приводит к неоправданно повышенному общему расходу электродов. Due to the fact that the interaction of oxygen ions with carbon does not occur in electrodes with a negative potential, there is no regular descent of these electrodes and the shape of their ends immersed in the melt does not change over time. However, these electrodes burn out in the gas space of the furnace due to the oxygen of the intake air, and it is especially intense at the level of the slag bath mirror, where the temperature of the gas space is maximum. Moreover, since there is no electrode gathering, there comes a moment when their diameter at the level of the bath mirror decreases so much that the parts of the electrodes immersed in the melt break off and are practically lost, since they cannot be used for their intended purpose. As a result, this leads to an unreasonably increased total consumption of electrodes.

Технический результат, достигаемый при реализации способа, повышение производительности процесса за счет создания условий более глубокого обеднения шлака по ценным компонентам, а также уменьшение расхода электродов. The technical result achieved during the implementation of the method, increasing the productivity of the process by creating conditions for deeper depletion of slag for valuable components, as well as reducing the consumption of electrodes.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе переработки шлаков в электропечи, включающем загрузку шлаков и подачу напряжения на электроды разной полярности, установленные через один и объединенные в две группы, одна из которых установлена на подину печи, периодически изменяют полярность групп электродов одновременно с изменением взаимного заглубления их в расплав. The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of processing slag in an electric furnace, including loading slag and applying voltage to electrodes of different polarity, installed through one and combined in two groups, one of which is installed on the hearth of the furnace, periodically change the polarity of the groups of electrodes simultaneously with a change in their mutual penetration into the melt.

Проведенные исследования неожиданно позволили установить следующее. Studies have unexpectedly established the following.

Периодическое одновременное изменение полярности и взаимного заглубления электродов в расплав дает возможность, во-первых, поддерживать полярность объединенного нижнего электрода слоя металла или штейна и электродов, погруженных в шлаковый расплав, что, как показали проделанные эксперименты, создает условия для максимального использования эффектов электрокапиллярного движения частиц и их осаждения под действием сил тяжести с целью более глубокого обеднения шлака и повышения выхода годного, и, во-вторых, позволяет устранить избыточный расход электродов, вызванный обломами нерасходуемой части электродов, подключенных к отрицательному полюсу источника тока. Periodic simultaneous changes in the polarity and mutual deepening of the electrodes into the melt makes it possible, firstly, to maintain the polarity of the combined lower electrode of the metal or matte layer and the electrodes immersed in the slag melt, which, as shown by experiments, creates conditions for maximizing the use of the effects of electrocapillary motion of particles and their deposition under the action of gravity with the aim of deeper depletion of slag and increase the yield, and, secondly, eliminates excess the current consumption of the electrodes caused by breaks in the non-consumable part of the electrodes connected to the negative pole of the current source.

В этом случае, как показали исследования, все электроды оказываются в равных условиях и периодически одинаково обгорают как в шлаковом расплаве, так и в газовом пространстве печи на уровне зеркала ванны. При обгорании электродов в шлаковом расплаве для поддержания электрических параметров (силы тока, мощности) на заданном уровне электроды периодически перемещают по вертикали вниз, компенсируя их расход. При сходе электродов выгорание их в газовом пространстве на уровне зеркала шлаковой ванны распределяется по длине электродов и поэтому не приводит к критическому уменьшению диаметра электродов и обламыванию их рабочих концов, погруженных в расплав. В результате непроизводительный расход электродов резко сокращается. In this case, studies have shown that all the electrodes are in equal conditions and periodically equally burn in the slag melt and in the gas space of the furnace at the level of the bath mirror. When burning electrodes in a slag melt to maintain electrical parameters (current strength, power) at a given level, the electrodes are periodically moved vertically downwards, compensating for their consumption. When the electrodes come off, their burnout in the gas space at the mirror level of the slag bath is distributed along the length of the electrodes and therefore does not lead to a critical reduction in the diameter of the electrodes and breaking off of their working ends immersed in the melt. As a result, the unproductive consumption of electrodes is sharply reduced.

Для каждого состава шлака минимальная частота одновременного изменения полярности и взаимного заглубления электродов в расплав определяется экспериментально, исходя из условий максимального суммарного экономического эффекта от обеднения шлака и сокращения расхода электродов, что составляет предмет "ноу-хау" для заявляемого изобретения. For each slag composition, the minimum frequency of simultaneous polarity reversal and mutual deepening of the electrodes into the melt is determined experimentally, based on the conditions of the maximum total economic effect of slag depletion and reduction of electrode consumption, which is the subject of know-how for the claimed invention.

Из анализа уровня техники известен способ выплавки ферросплавов в электропечи постоянного тока с симметричным заглублением электродов в расплав за счет подачи разных потенциалов на электроды, при котором загрузку в печь руды и углеродистого восстановителя ведут синхронно, чередуя подачу с изменением полярности с частотой 2 30 раз в 1 ч таким образом, что у электрода, имеющего в данный момент положительный потенциал, в загрузочную воронку вводят углеродистый восстановитель, а у электрода, имеющего отрицательный потенциал, рудную часть (авт.св. СССР N 501076, кл. C 21 C 5/52; C 21 C 7/00). From the analysis of the prior art, a method is known for smelting ferroalloys in a direct current electric furnace with symmetrical deepening of the electrodes into the melt due to the supply of different potentials to the electrodes, in which the ore and the carbon reducing agent are loaded into the furnace synchronously, alternating feeding with a change in polarity with a frequency of 2 30 times in 1 h in such a way that a carbon reducing agent is introduced into the feed funnel for an electrode having a positive potential at the moment, and an ore part for an electrode having a negative potential (a . .Sv USSR N 501076, class C 21 C 5/52;. C 21 C 7/00).

Однако в данном случае изменение полярности электродов предусмотрено лишь с целью обеспечения равномерности распределения шихты по электродам. However, in this case, a change in the polarity of the electrodes is provided only to ensure uniform distribution of the charge across the electrodes.

В заявляемом же способе изменение полярности осуществляют одновременно с изменением взаимного заглубления электродов в расплав, что позволяет не только добиться равномерности расхода электродов, что несущественно, но и резко сократить их общий расход. In the inventive method, the change in polarity is carried out simultaneously with the change in the mutual deepening of the electrodes into the melt, which allows not only to achieve uniform electrode consumption, which is not essential, but also to sharply reduce their total consumption.

Проверку способа и сопоставление его со способом-прототипом проводили на шестиэлектродной закрытой прямоугольной обеднительной печи номинальной мощностью 250 кВА с электродами диаметром 100 мм, расположенными по длинной оси ванны, в которой перерабатывали конвертерный шлак, содержащий, мас. медь 5,8; свинец 3,75; цинк 4,12; железо 28,5; диоксид кремния 29,8; оксид кальция 8,4; кислород остальное и пр. Testing of the method and its comparison with the prototype method was carried out on a six-electrode closed rectangular depletion furnace with a rated power of 250 kVA with electrodes with a diameter of 100 mm located along the long axis of the bath, in which converter slag containing, wt. copper 5.8; lead 3.75; zinc 4.12; iron 28.5; silicon dioxide 29.8; calcium oxide 8.4; oxygen rest, etc.

Пример 1 (по способу ближайшего аналога). Способ осуществляли следующим образом. После набора шлакового расплава на электроды подали напряжение постоянного тока, равное 92 В (эта величина была определена экспериментально исходя из условия поддержания на подине печи уплотняющей настыли при мощности 330 кВт). Example 1 (by the method of the closest analogue). The method was carried out as follows. After the slag melt was recovered, a direct current voltage of 92 V was applied to the electrodes (this value was determined experimentally based on the condition of maintaining a sealing cover on the hearth of the furnace at 330 kW).

Для данного состава перерабатываемого шлака экспериментально определили оптимальную полярность, сопоставив вариант с отрицательным потенциалом электродов, погруженных в шлаковый расплав, и положительным потенциалом донной фазы (таблица, опыт 1а) и, наоборот, вариант с положительным потенциалом электродов и отрицательным потенциалом донной фазы (опыт 1б). В результате плавки был получен шлак следующего состава, медь 0,46; свинец 0,55; цинк 1,8, общий расход электродов при этом составил 42,4 кг/1000 кВт.ч. For this composition of the processed slag, the optimal polarity was experimentally determined by comparing the option with the negative potential of the electrodes immersed in the slag melt and the positive potential of the bottom phase (table, experiment 1a) and, conversely, the variant with the positive electrode potential and negative potential of the bottom phase (experiment 1b ) As a result of smelting, slag of the following composition was obtained, copper 0.46; lead 0.55; zinc 1.8, the total consumption of electrodes in this case amounted to 42.4 kg / 1000 kWh.

Пример 2 (по предложенному способу). После набора шлакового расплава того же состава, что в примере 1, аналогично последнему, на электроды подали напряжение постоянного тока, равное 92 В. После этого были произведены предварительно две серии испытаний. В первой серии с поляризацией: отрицательная донная фаза, положительные электроды в расплаве (опыт 2). Во второй серии с обратной поляризацией: положительная донная фаза, отрицательные электроды в расплаве (опыт 3). В каждой серии осуществили одновременно изменение полярности электродов и их взаимное заглубление в расплав с постепенно увеличивающейся частотой 18, 24 и 30 раз/сут. Анализ полученных результатов показал, что для данного состава перерабатываемого шлака оптимальными полярностями оказались отрицательный потенциал донной фазы и положительный потенциал электродов, погруженных в шлаковый расплав, при минимальной частоте одновременного изменения полярности и взаимного заглубления электродов в расплав 24 раз/ сут (опыт 2). Example 2 (by the proposed method). After collecting slag melt of the same composition as in Example 1, similarly to the latter, a direct current voltage of 92 V was applied to the electrodes. After that, two series of tests were preliminarily performed. In the first series with polarization: negative bottom phase, positive electrodes in the melt (experiment 2). In the second series with reverse polarization: positive bottom phase, negative electrodes in the melt (experiment 3). In each series, the polarity of the electrodes was simultaneously changed and they were deepened into the melt with a gradually increasing frequency of 18, 24, and 30 times / day. An analysis of the results showed that for the given composition of the processed slag, the negative polarity of the bottom phase and the positive potential of the electrodes immersed in the slag melt at the minimum frequency of simultaneous polarity reversal and mutual deepening of the electrodes into the melt 24 times / day turned out to be optimal polarities (experiment 2).

При меньшей частоте содержание ценных компонентов в шлаке было значительно выше (например, содержание составило, мас. медь 0,42; цинк 1,5), а при большей частоте практически не изменяется. Кроме того, при меньшей частоте имела место неодинаковость форм рабочих концов электродов разной полярности, что при длительной эксплуатации приводит к облому нерасходуемой части электродов. At a lower frequency, the content of valuable components in the slag was significantly higher (for example, the content was, wt. Copper 0.42; zinc 1.5), but at a higher frequency it practically does not change. In addition, at a lower frequency, there was a dissimilarity of the shapes of the working ends of the electrodes of different polarity, which during long-term operation leads to breakage of the non-consumable part of the electrodes.

Итак, в результате плавки по выбранному варианту (опыт 2) был получен шлак следующего состава, медь 0,31; свинец 0,48; цинк 0,9. Общий расход электродов при этом составил 27,5 кг/1000 кВт.ч. So, as a result of smelting according to the chosen option (experiment 2), slag of the following composition was obtained, copper 0.31; lead 0.48; zinc 0.9. The total consumption of electrodes was 27.5 kg / 1000 kWh.

Таким образом, предложенный способ обладает существенными преимуществами по сравнению с ближайшим аналогом: низким содержанием ценных компонентов в отвальном шлаке, а также значительно уменьшенным расходом электродов. Thus, the proposed method has significant advantages compared with the closest analogue: a low content of valuable components in dump slag, as well as a significantly reduced consumption of electrodes.

Claims

A method of processing slag in an electric furnace, including loading slag and applying voltage to electrodes of different polarity, immersed in the melt, installed through one and combined in two groups, one of which is installed on the bottom of the furnace, characterized in that the polarity of the groups of electrodes is periodically changed simultaneously with the change mutual deepening them into the melt.