RU2088869C1

RU2088869C1 - Electric furnace for slag processing

Info

Publication number: RU2088869C1
Application number: RU96104918A
Authority: RU
Inventors: Г.С. Нус; В.М. Парецкий; Е.И. Калнин
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов "Гинцветмет"
Priority date: 1996-03-20
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 1997-08-27

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: electric furnace includes body, loading devices, electrodes combined in groups and connected to different poles of current source; one group of electrodes is mounted on hearth of furnace and is connected to negative terminal of current source and electrodes of other group submerged in melted slag are connected to positive terminal and are located in succession. EFFECT: increased capacity of furnace due to intensification of sublimation of volatile valuable components of slag due to combined zones of local overheating and bubbling at electrolysis of melt. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к проектированию и эксплуатации шлаковых электропечей, и может быть также использовано в черной металлургии и химической промышленности. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the design and operation of slag electric furnaces, and can also be used in ferrous metallurgy and the chemical industry.

Известна обеднительная электропечь для переработки шлаков, футерованная огнеупором, с электродами, подключенными к источнику переменного тока, рабочие концы которых находятся на некотором расстоянии от подины (Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов. М. Металлургия, 1974, с. 233-237, рис. 77, 96). Known depletion furnace for processing slag, lined with refractory, with electrodes connected to an alternating current source, the working ends of which are at some distance from the bottom (Silver Y. L. Electrofusion of copper-nickel ores and concentrates. M. Metallurgy, 1974, p. 233-237, Fig. 77, 96).

Недостатком такой конструкции являются низкая производительность из-за повышенных потерь ценных компонентов со шлаком и избыточного настылеобразования на подине печи. The disadvantage of this design is the low productivity due to the increased loss of valuable components with slag and excessive dust build-up on the bottom of the furnace.

Наиболее близкой к предлагаемой является печь для переработки шлаков, содержащая корпус, загрузочные устройства и электроды разной полярности, установленные через один и объединенные в две группы, одна из которых установлена на подине печи (авт. св. N 1704536, кл. F 27 В 3/08, опубл. Б.И. N 45-46, 1993). Closest to the proposed is a furnace for processing slag, containing a housing, loading devices and electrodes of different polarity, installed through one and combined in two groups, one of which is installed on the bottom of the furnace (ed. St. N 1704536, class F 27 V 3 / 08, publ. B.I. N 45-46, 1993).

Требуемую полярность электродов, определяющую направление электрокапиллярных сил, находят экспериментально, исходя из условий минимального содержания ценных металлов в шлаке. The required polarity of the electrodes, which determines the direction of the electrocapillary forces, is found experimentally, based on the conditions of the minimum content of valuable metals in the slag.

К числу недостатков известной электропечи следует отнести прежде всего низкую производительность из-за повышенных потерь ценных компонентов с отвальным шлаком, что обусловлено невозможностью полного использования обедняющих эффектов отгонки летучих ценных компонентов шлака, например, цинка и свинца. The disadvantages of the known electric furnaces 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 the distillation of volatile valuable components of slag, for example, zinc and lead.

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

При установке электродов через один соседние электроды несимметрично заглублены в расплав и имеют разную полярность, что ослабляет интенсивность отгонки летучих компонентов шлака. Объясняется это следующим. Физико-химические процессы, происходящие у электродов разной полярности, несимметрично заглубленных в расплав, существенно различны. Так, у электродов, установленных на подину, джоулево тепло практически не выделяется и вся мощность печи, в основном, приходится на электроды, погруженные в шлаковый расплав, у которых образуются зоны местного перегрева шлака. При протекании постоянного тока через шлаковый расплав в результате электролиза на электродах с положительным потенциалом (анодах) выделяется отрицательно заряженные ионы кислорода, которые разряжаются на электродах и, взаимодействуя с углеродом электродов и твердого восстановителя, образуют газообразный восстановитель - оксид углерода CO. Последний дополнительно восстанавливает ценные металлы из шлака и вызывает барботаж, усиливающий циркуляцию расплава. When installing electrodes through one adjacent electrodes, they are asymmetrically buried in the melt and have different polarity, which weakens the intensity of the distillation of the volatile components of the slag. This is explained as follows. The physicochemical processes that occur at electrodes of different polarity, asymmetrically buried in the melt, are significantly different. So, at the electrodes mounted on the bottom, Joule heat is practically not released and the entire power of the furnace is mainly accounted for by electrodes immersed in slag melt, in which zones of local slag overheating are formed. When direct current flows through the slag melt as a result of electrolysis on the electrodes with positive potential (anodes), negatively charged oxygen ions are released, which are discharged on the electrodes and, interacting with the carbon of the electrodes and a solid reducing agent, form a gaseous reducing agent - carbon monoxide CO. The latter additionally reduces valuable metals from slag and causes bubbling, which enhances the circulation of the melt.

На электродах с отрицательным потенциалом (катодах), наоборот, взаимодействие ионов кислорода с углеродом не происходит, поэтому барботаж практически отсутствует и циркуляция расплава у электродов уменьшается. При этом в случае анодной поляризации электродов, установленных на подину, и катодной поляризации электродов, погруженных в шлаковый расплав, вследствие пространственного разъединения зон местного перегрева шлака и барботажа расплава интенсивность отгонки летучих компонентов шлака ослабляется. Кроме того, интенсивность отгонки летучих компонентов дополнительно ослабляется в результате удаления друг от друга зон местного перегрева шлака у электродов, погруженных в шлак и установленных через один. В результате этого обеднение шлакового расплава ухудшается. On the electrodes with negative potential (cathodes), on the contrary, the interaction of oxygen ions with carbon does not occur, therefore, bubbling is practically absent and the melt circulation at the electrodes decreases. Moreover, in the case of anodic polarization of the electrodes mounted on the bottom and cathodic polarization of the electrodes immersed in the slag melt, due to the spatial separation of the zones of local overheating of the slag and sparging of the melt, the distillation intensity of the volatile components of the slag is weakened. In addition, the intensity of the distillation of volatile components is further weakened as a result of the removal from each other of the zones of local overheating of the slag at the electrodes immersed in the slag and installed through one. As a result, the depletion of slag melt is deteriorating.

Цель изобретения повышение производительности печи за счет созданий условий, обеспечивающих более глубокое обеднение шлака по ценным компонентам. The purpose of the invention is to increase the productivity of the furnace due to the creation of conditions providing deeper depletion of slag for valuable components.

Цель достигается тем, что в известной электропечи для переработки шлаков, содержащей корпус, загрузочные устройства, электроды, объединенные в группы, подключенные к разным полюсам источника тока, одна из которых установлена на подину печи, согласно заявляемому изобретению, электроды, установленные на подину, подключены к отрицательному полюсу источника тока, а электроды, погруженные в шлаковый расплав, подключены к положительному полюсу и расположены подряд. The goal is achieved by the fact that in a known electric furnace for processing slag containing a housing, loading devices, electrodes combined in groups connected to different poles of a current source, one of which is installed on the hearth of the furnace, according to the claimed invention, the electrodes mounted on the hearth are connected to the negative pole of the current source, and the electrodes immersed in the slag melt are connected to the positive pole and arranged in a row.

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

Подключение установленных на подину электродов к отрицательному полюсу источника тока, а электродов, погруженных в шлаковый расплав, к положительному полюсу и расположение последних подряд дает возможность, во-первых, совместить зоны местного перегрева и барботажа шлака у каждого положительно заряженного электрода и, во-вторых, частично совместить эти зоны у разных положительно заряженных электродов друг с другом, что, как показали проведенные эксперименты, создает условия для максимального использования эффекта восстановления и возгонки ценных летучих металлов с целью более глубокого обеднения шлака и повышения выхода годного. The connection of the electrodes installed on the bottom to the negative pole of the current source, and the electrodes immersed in the slag melt, to the positive pole and the arrangement of the latter in a row makes it possible, firstly, to combine the local overheating and bubbling zones of the slag for each positively charged electrode and, secondly , partially combine these zones at different positively charged electrodes with each other, which, as shown by the experiments, creates conditions for maximizing the use of the recovery effect and Onka of volatile metals with a view to a better depletion of the slag and to increase the yield of usable.

В этом случае, как показали исследования, в области расположенных подряд положительно заряженных электродов, погруженных в шлаковый расплав, достигается максимальные местный перегрев и барботаж шлакового расплава. В результате отгонка из шлака ценных летучих компонентов резко усиливается. In this case, studies have shown that in the area of successively positively charged electrodes immersed in the slag melt, maximum local overheating and bubbling of the slag melt are achieved. As a result, the distillation of valuable volatile components from slag is greatly enhanced.

Для каждого технологического процесса взаимное расположение групп электродов разной полярности и расположение электродов, установленных на подину печи, определяется экспериментально, исходя из условий максимального суммарного экономического эффекта от обеднения шлака, что составляет предмет "ноу-хау" для заявляемого изобретения. For each process, the relative position of the groups of electrodes of different polarity and the location of the electrodes mounted on the bottom of the furnace is determined experimentally, based on the conditions of the maximum total economic effect of slag depletion, which is the subject of "know-how" for the claimed invention.

На чертеже показана заявляемая электропечь для переработки шлаков. The drawing shows the inventive electric furnace for the processing of slag.

Печь содержит футерованный корпус 1, загрузочные устройства 2, электроды 3, из которых одна группа 4 установлена на уплотненной в результате предварительного ошлакования новой печи защитной настылью 5 подине 6 и подключена к отрицательному полюсу источника тока, а другая группа электродов 7 подключена к положительному полюсу. Потенциал на электроды подается через контактные щеки 8 источника питания. Концы электродов группы 4 погружены в слой металла или штейна 9 на подине печи, а электроды группы 7 погружены в шлаковый расплав 10. The furnace contains a lined casing 1, loading devices 2, electrodes 3, of which one group 4 is mounted on the bottom 6 of the protective plate 5, which is sealed as a result of preliminary slagging of the new furnace, and is connected to the negative pole of the current source, and the other group of electrodes 7 is connected to the positive pole. The potential for the electrodes is supplied through the contact cheeks 8 of the power source. The ends of the electrodes of group 4 are immersed in a layer of metal or matte 9 on the bottom of the furnace, and the electrodes of group 7 are immersed in a slag melt 10.

Печь работает следующим образом. The furnace operates as follows.

После набора шлакового расплава 10 на электроды через контактные щеки 8 подают напряжение постоянного тока, величину которого регулируют и подбирают таким образом, чтобы при заданной мощности обеспечить поддержание на подине 6 уплотняющей настыли 5 и исключить избыточное настылеобразование, препятствующее нормальной работе печи. При данном составе шлака этим определяется положение электродов группы 7 в рабочем пространстве печи по вертикали. В ванну загружают восстановитель, например, кокс, способствующий восстановлению металлов из окислов химическим путем. В установившемся 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. При этом выделяющееся главным образом в шлаке в зоне расположения электродов 7 джоулево тепло перегревает расплав. Химически восстановленный металл (или штейн) вследствие разности плотностей накапливается в расплавленном состоянии в слое 9. Часть восстановленного металла остается в шлаке в химически растворенном состоянии и в виде механической взвеси. After the slag melt 10 has been set, a DC voltage is applied to the electrodes through the contact cheeks 8, the value of which is regulated and selected in such a way as to ensure that the sealing accretion 5 is maintained on the hearth 6 at the given power and exclude excessive deposit formation that impedes normal operation of the furnace. With this composition of the slag, this determines the position of the electrodes of group 7 in the working space of the furnace vertically. A reducing agent, for example, coke, is added to the bath, which promotes the reduction of metals from oxides by chemical means. In the steady state, the electric current between the electrodes 4 and electrodes 7 flows through the slag melt mainly along the path: electrodes 4, a layer of metal or matte 9 - electrodes 7. In this case, the Joule heat generated mainly in the slag in the area of the electrodes 7 overheats the melt. Chemically reduced metal (or matte) due to the difference in densities accumulates in the molten state in layer 9. Part of the reduced metal remains in the slag in a chemically dissolved state and in the form of a mechanical suspension.

При катодной (отрицательной) поляризации электродов 4 и, соответственно, донной фазы 9, и анодной (положительной) поляризации электродов 7 на анодах будет выделяться кислород с последующим его взаимодействием с углеродом электродов и восстановителя и образованием оксида углерода, дополнительно восстанавливающего из шлака цветные металлы. When the cathodic (negative) polarization of the electrodes 4 and, respectively, of the bottom phase 9, and the anodic (positive) polarization of the electrodes 7, oxygen will be released on the anodes, followed by its interaction with the carbon of the electrodes and the reducing agent and the formation of carbon monoxide, additionally reducing non-ferrous metals from the slag.

Кроме этого, в результате электролиза цветные металлы и железо восстанавливаются из шлака электрохимическим путем на катодах в последовательности, определяемой величиной изменения свободной энергии Гиббса. При этом графитовые аноды 7 будут расходоваться, а графитовые катоды 4 нет; в прианодных областях 7 образуются зоны барботажа газа, причем, как сказано выше, в тех же зонах будет выделяться и подавляющая часть вводимой мощности, так как на них приходится основная доля электрического сопротивления шлаковой ванны. Поскольку аноды 7 расположены подряд, то зоны местного перегрева шлака и интенсивного барботажа расплава не только совмещаются у каждого электрода группы 7, но и частично совмещаются в промежутках между электродами группы 7. Это приводит к резкой интенсификации возгонки летучих компонентов (например, цинка, свинца) без существенного изменения температур на периферии ванны и, следовательно, без снижения стойкости футеровки, т.е. к дополнительному обеднению шлака и извлечению из него ценных летучих металлов без капитальных и эксплуатационных затрат. In addition, as a result of electrolysis, non-ferrous metals and iron are reduced from slag by the electrochemical method at the cathodes in the sequence determined by the magnitude of the Gibbs free energy change. In this case, the graphite anodes 7 will be consumed, and the graphite cathodes 4 will not; in the anode regions 7, gas bubbling zones are formed, and, as mentioned above, the vast majority of the input power will be allocated in the same zones, since they account for the bulk of the electrical resistance of the slag bath. Since the anodes 7 are arranged in a row, the zones of local slag overheating and intense melt bubbling are not only combined at each electrode of group 7, but also partially overlap between the electrodes of group 7. This leads to a sharp intensification of the sublimation of volatile components (for example, zinc, lead) without a significant change in temperature at the periphery of the bath and, therefore, without reducing the lining resistance, i.e. additional depletion of slag and extraction of valuable volatile metals from it without capital and operating costs.

Проверку устройства и сопоставление его с устройством прототипа 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 и прочие остальное. Verification of the device and its comparison with the prototype device 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 and the rest.

Пример 1 (по прототипу). Работу устройства осуществляли следующим образом. После набора шлакового расплава на электроды подавали напряжение постоянного тока, равное 92 В (эта величина была определена экспериментально, исходя из условия поддержания на подине печи уплотняющей настыли при мощности 230 кВт). Example 1 (prototype). The operation of the device was carried out as follows. After the slag melt was set, 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 a power of 230 kW).

Для данного состава перерабатываемого шлака экспериментально определяли 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), который и оказался оптимальным. В результате плавки по этому варианту был получен шлак следующего состава, мас. медь 0,46; свинец 0,55; цинк 1,8. For this composition of the processed slag, the optimum 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 ), which turned out to be optimal. As a result of smelting in this embodiment, slag of the following composition was obtained, wt. copper 0.46; lead 0.55; zinc 1.8.

Пример 2 (по заявляемому устройству). Example 2 (by the claimed device).

После набора шлакового расплава того же состава, что и в примере 1, аналогично последнему на электроды подавали напряжение постоянного тока 92 В. После этого проведены испытания с положительным потенциалом электродов, погруженных в шлак и расположенных подряд, и отрицательным потенциалом донной фазы. 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, tests were carried out with a positive potential of electrodes immersed in slag and arranged in a row and a negative potential of the bottom phase.

Для данного состава перерабатываемого шлака, сопоставив различные варианты взаимного расположения электродов, установили, что оптимальным является вариант, приведенный на схеме в таблице, опыт 2. В результате плавки по этому варианту был получен шлак следующего состава, мас. медь 0,31; свинец 0,29; цинк 0,49. For this composition of the processed slag, comparing various options for the relative positioning of the electrodes, it was found that the option shown in the table in the table is optimal, experiment 2. As a result of smelting according to this option, slag of the following composition was obtained, wt. copper 0.31; lead 0.29; zinc 0.49.

Таким образом, заявляемое устройство, в котором одна группа электродов, подключенная к отрицательному полюсу источника тока, установлена на подину печи, а вторая группа, подключенная к положительному полюсу, погружена в шлаковый расплав и электроды в ней расположены подряд, позволяет интенсифицировать отгонку из шлака летучих компонентов и осаждение металлической взвеси в донную фазу, а также ликвидировать избыточное настылеобразование на подине печи. Thus, the claimed device, in which one group of electrodes connected to the negative pole of the current source is mounted on the bottom of the furnace, and the second group connected to the positive pole is immersed in the slag melt and the electrodes in it are arranged in a row, it allows to intensify the removal of volatile from the slag components and the deposition of metal suspensions into the bottom phase, as well as to eliminate excessive dust formation on the bottom of the furnace.

Claims

An electric furnace for slag processing, comprising a housing, loading devices, electrodes combined into groups connected to different poles of a current source, one of which is mounted on the bottom of the furnace, and the other is immersed in the slag melt, characterized in that the electrodes mounted on the bottom of the furnace, are connected to the negative pole of the current source, and electrodes immersed in the slag melt are connected to the positive pole of the current source and arranged in a row.