yandex.metrica
Печи цветной металлургии

Общая характеристика электроплавки

В цветной металлургии электроплавку вначале применяли преимущественно для производства сплавов и рафинирования металла и сравнительно недавно стали использовать для переработки рудного сырья и шлаков в производстве меди, никеля, свинца, цинка и олова. Несмотря на относительную молодость рудной электроплавки, она является одним из важнейших металлургических процессов цветной металлургии и имеет большие перспективы.

Рудная электроплавка, применяющаяся в настоящее время в цветной металлургии, имеет следующие разновидности:

  • По химизму происходящих процессов электроплавку можно разделить на реакционно-окислительную и восстановительную.
  • По характеру подготовки материалов к плавке имеются две разновидности: плавка сырых материалов и плавка обожженных материалов: мелкого огарка, окатышей или агломерата.
  • По исходному сырью различают электроплавку руд и концентратов, электроплавку металлов и электроплавку шлаков,
  • По конечному продукту может быть электроплавка на штейн, на черновой сплав и на металл.

Все разновидности рудной электроплавки проводятся в мощных 3- или 6-злектродных печах прямоугольной или круглой формы с электродами, погруженными в слой шлака.

Существо работы, общая картина развития и взаимосвязь основных процессов в электрических плавильных печах с электродами, погруженными в шлак, могут быть описаны следующим образом. Исходная шихта, состоящая из руды, концентратов, оборотов и флюсов, плавает в шлаковом слое ванны, толщина которого колеблется от 0,8 до 1,6 м. В печах, перерабатывающих жидкие шлаки исходным материалом для переработки служит также расплавленный шлак (рис. 220) сливаемый прямо в ванну печи.

Схема плавки в рудоплавильной печи

Электропечь представляет тепловую ванну с токоподводящими электродами, опущенными в своеобразный электролит — расплавленныи шлак со слоем штейна внизу ванны обладающим металлической проводимостью.

В этих условиях работы ванны электропечиэлектрическое поле ее характеризуется сильным сгущением изопотенциальных поверхностей чашеобразной формы около осей электродов.

Электрическая энергия, служащая в электропечах основным источником тепла, подводится в ванну с помощью угольных электродов, погруженных в шлак на глубину 0,2 — 0,8 м.

Электрическая энергия преобразуется в тепловую в шлаковом слое ванны, при этом от 40 до 80% мощности выделяется около электродов в переходном контакте электрод — расплавленный шлак, в котором происходит дуговой разряд в виде частично шунтированных микродуг, образующихся в газовом мешке окружающем конец электрода. При малом заглублении электродов доля мощности, выделяемая в контакте электрода — шлак, достигает 80 %, а при увеличении посадки электродов и глубины ванны эта доля снижается до 40-50% . Остальная часть мощности печи преобразуется в тепловую энергию в самом шлаке в результате его электросопротивления. Линии тока в ванне печи направлены от электродов к штейну и от электрода к электроду. Поэтому горн печи нагружен и по схеме «звезда», и по схеме «треугольник», причем доля «треугольника» обычно значительно уступает доле «звезды». Основная часть линий тока концентрируется в околоэлектродной зоне ванны на расстоянии от осей электродов до двух диаметров. Распределение мощности по отдельным электродам в электропечах рассматриваемого типа почти одинаково. Нерасплавившаяся шихта, плавающая в токопроводящих участках ванны, обладая малой электропроводностью, срезает часть линий тока и тем самым повышает активное сопротивление ванны на 20—30%.

Вследствие того что основной токопроводящей и рабочей частью ванны печи, в которой сосредоточено главное тепловыделение, является околоэлектродная зона, находящаяся от оси электродов на расстоянии в пределах до двух диаметров электрода, тепловое поле печи неравномерно. Наибольшей температурой печи обладают участки ванны в районе контакта электрод—шлак, для которых ее значение достигает 1500—1700° С и выше. Наименьшей температурой характеризуются участки ванны подэлектродной зоны, где температура снижается до 1300—1350° С. При неравномерном питании шихтой ванна печи может или сильно перегреваться, вплоть до закипания шлака, или сильно переохлаждаться, вплоть до настылеобразования. Процесс плавления загруженной в ванну шихты значительно выравнивает тепловое поле печи в горизонтальном направлении и уменьшает перепад температуры по вертикали.

Большое количество тепла, выделяющегося около электродов, вызывает сильный перегрев шлака, прилежащего к поверхности электродов. Вследствие перегрева шлака значительно уменьшается его объемная масса, главным образом в результате расширения газовых пузырьков, включенных в расплавленный шлак. Уменьшение объемной массы шлака, прилежащего к электродам, порождает энергичное непрерывное его всплывание на поверхность ванны и дальнейшее движение по поверхности в стороны от электродов. Это непрерывное конвекционное движение шлака от электродов к стенкам печи и обратно, происходящее в основном в верхней части ванны на глубине несколько большей, чем погружение электродов, является важнейшим рабочим процессом в электропечах, определяющим теплообмен в ванне и плавление шихты. Потоки перегретого шлака движутся около поверхности ванны от электродов к стенкам печей и встречают на своем пути плавающую шихту. Отдавая избытки своего тепла, шлак подплавляет шихту по поверхности, погруженной в ванну, и, смешиваясь с более холодным расплавом шихты, опускается в глубинные слои ванны. В нижней части шлакового слоя ванны на уровне концов электродов потоки шлака частично разворачиваются к электродам, доходят до них и вновь всплывают на поверхности т. д. Таким образом, в электропечи все время циркулирует шлак по замкнутым траекториям со скоростью, достигающей 1—2 м/сек. В отличие от отражательных печей, в которых основной поверхностью плавления является поверхность шихты, находящаяся над ванной, в электропечах основная поверхность плавления — это поверхность шихты, погруженной в ванну. Процесс подплавления шихты движущимся перегретым шлаком имеет в отражательных печах подчиненное второстепенное значение, а в электрических печах — это основной процесс плавления шихты.

При равномерном питании ванны шихтой температура ее около массивов шихты поддерживается на постоянном уровне, близком к температуре плавления электропечного шлака. Штейн в печи, располагающийся в малоактивной в тепловом отношении зоне, при достаточной толщине его слоя, равной 400—600 мм, не может сильно нагреваться. Перегрев штейна может наступать только при сильном перегреве шлака или при резком уменьшении толщины слоя штейна.

Наиболее активно шихта плавится в верхнем электродном слое ванны — на участках, отстоящих от осей электродов не далее 1,5—2 диаметров. Разница в удельной производительности участков ванны, удаленных от электродов и близких к ним, достигает 100%. Если на поверхность ванны электропечей загрузить уголь или кокс, то шлак будет энергично восстанавливаться, что обусловлено непрерывным конвекционным его движением в ванне, в результате которого масса шлака все время будет контактировать со слоем восстановителя.

Основные преимущества рудоплавильных электропечей: высокий термический к. п. д., достигающий 60—80%; возможность нагрева шлака до температуры 1500—1700° С и выше, позволяющая перерабатывать в электропечах тугоплавкие материалы, активная обработка шлака, обеспечивающая пониженное содержание в нем металлов; малое количество газов и пыли; возможность полной автоматизации работы.

Недостатки электрических печей: значительное потребление электроэнергии, достигающее 500—800 квт-ч на 1 т шихта, ограниченные окислительные возможности и малая степень сокращения, повышенные требование к шихте по снижению ее влажности, ограниченные возможности по перегреву штейна или сплава.

0

Нажмите здесь, чтобы оставить комментарий