Процесс рудной электроплавки

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Процесс рудной электроплавки

05.12.2019

Приоритет в развитии теории и практики электроплавки медно-никелевых руд в значительной мере принадлежит советским ученым и производственникам. Закономерности процессов рудной электроплавки в цветной металлургии исследуют и изучают в институтах «Гипроникель», Ленинградском горном, «Гинцветмет». «ВНИИцветмет»; на предприятиях «Печенганикель», Норильском горно-металлургическом комбинате, «Северониколь» и др.

Однако большинство исследований в основном посвящены технологическим, энергетическим и другим вопросам рудной электротермии. Недостаточная изученность руднотермических печей как объектов автоматизации, отсутствие математических описаний процессов рудной электроплавки в известной мере сдерживают разработку и внедрение систем автоматического регулирования и управления.

Профессором Л.А. Диомидовским на основе теоретических и экспериментальных исследований создана комплексная теория работы электропечей, отражающая основные закономерности процессов рудной электроплавки, которые хорошо согласуются с данными практики. Комплексная теория работы руднотермических электропечей, созданная Д.А. Диомидовским, базируется на закономерностях следующих основных процессов, протекающих при электроплавке руд, концентратов и шлаков: а) физико-химические превращения исходных материалов; б) преобразование электрической энергии в тепловую; в) движение твердых и расплавленных материалов и продуктов; г) теплообмен в различных зонах печей; д) движение газов.

Электропечь представляет собой тепловую ванну с токоподводящими электродами, опущенными в своеобразный электролит — расплавленный шлак. В нижней части ванны расположен слой штейна, обладающий металлической проводимостью. Основные процессы электроплавки развиваются преимущественно в ванне печи и в слоях шихты, погруженных в ванну (рис. 1).
Процесс рудной электроплавки

Физико-химические превращения шихтовых материалов протекают главным образом на поверхности массивов шихты, погруженных в шлак и о самом шлаковом слое ванны. Конвекционные потоки перегретого шлака, соприкасаясь с поверхностью шихты, отдают ей избыток своего тепла и нагревают шихту до температуры плавления штейна и шлака. При нагревании шихты до температуры 1000°C протекают процессы диссоциации сложных сульфидов: петландита 3NiFeS2—>Ni3S2+3FeS+S, халькопирита 2СuFеS2—>Сu28+2FeS+S и пирротина Fe7Se—>7FeS+S.

При повышении температуры шихты до 1100—1300°С развиваются процессы взаимодействия между сульфидами и окислами. Расплавившиеся сульфиды никеля, кобальта, меди, железа взаимно растворяясь, образуют основной продукт электроплавки — штейн, в котором растворяется часть мегнетита Fe3O4. Окисленное железо и другие основные окислы, вступая во взаимодействие с SiO2, образуют силикаты типа mMeO*SiO2, которые, смешиваясь в расплавленном состоянии, образуют другой продукт — шлак. Расплавленная смесь штейна и шлака разделяется в ванне печи но удельным весам.

Отличительной особенностью технологического процесса рудной электроплавки является то, что в химических реакциях образования продуктов плавки наряду с компонентами твердой шихты активное участие принимает жидкий электропечной шлак, который постоянно омывает поверхность погруженных в ванну откосов. При взаимодействии электропечного шлака с плавящейся шихтой непосредственно в районе плавления образуются конечные продукты плавки.

Энергетический процесс рудной электроплавки включает преобразование электрической энергии в тепловую, под действием которой осуществляется плавление шихты. Электроэнергия преобразуется в тепловую в шлаковом слое ванны в переходном контакте электрод — шлак и в самом слое шлака вследствие его электросопротивления.

Важнейшей характеристикой процесса преобразовании электрической энергии в тепловую в руднотермических печах является электрическое поле панны. Электрическое поле характеризуется сильным сгущением изопотенциальных поверхностей около осей электродов. Токопроводящей частью ванны служит околоэлектродная зона, находящаяся от оси печи на расстоянии не более двух диаметров электрода. В этой зоне и преобразуется электрическая энергия в тепловую. Более удаленные участки шлаковой ванны в канализации тока практически не участвуют.

Электрический ток в ванне проходит по двум путям: от электродов через шлак к слою штейна (нагрузка печи по схеме «звезда») и от одного электрода по шлаку к другому электроду (нагрузка печи по схеме «треугольник»), Соотношение нагрузок по схемам «звезда» к «треугольник» при неизменном расстоянии между электродами зависит от глубины погружения электродов в шлаковую ванну. При увеличении погружения электродов доля нагрузки но схеме «звезда» увеличивается, а по схеме «треугольник» уменьшается.

Соотношение мощностей, выделяемых в переходном контакте электрод — шлак и в самом слое шлака, зависит от глубины погружения электрода. При значительном погружении электродов в шлак падение напряжения, а следовательно, и доля мощности, выделяемая в контакте электрод — шлак, составляет 40—50%. При уменьшении заглубления электродов эта величина возрастает от 50 до 80%. Остальная часть электроэнергии преобразуется в тепловую в слое шлака вследствие его электросопротивления.

Движение материалов и продуктов в электропечи существенно влияет на режим плавки. Неравномерность преобразования электроэнергии в тепловую по объему шлаковой ванны приводит к различным температурам отдельных ее участков. Перегрев шлака около электродов порождает характерное конвекционное движение шлака в электропечи. Более легкие массы перегретого шлака всплывают около электродов на поверхность и распространяются по ванне во все стороны от электродов. Скорость движения конвекционных шлаковых потоков достигает 1—2 м/сек. Встречая на своем пути откосы плавающей шихты, потоки перегретого шлака отдают им избыток тепла и расплавляют шихту на поверхности, погруженной в ванну.

Теплообмен и плавление шихты в руднотермических печах тесно связаны с активным конвекционным движением шлака в ванне, направленным от центра печи к периферии и обеспечивающим перенос тепловой энергии из более горячих зон печи и более холодные. При этом роль теплопроводности весьма незначительна.

Конвекционное движение шлака, теплообмен, распределение температур в ванне и плавление шихты зависят от заглубления электродов и шлаковую ванну, а также от расположения и погружения шихтовых массивов. Соответственно изменяя заглубление электродов, расположение и погружение шихты, можно существенно влиять на перечисленные процессы.

Газы, образующиеся в процессе плавления шихты, а также в результате горения электродов и подсосов воздуха, поступают в подсводовое пространство печи и удаляются через систему газоходов в дымовую трубу. Движение газов органически не связано с тепловым режимом электропечи, но оказывает существенное влияние на ее эксплуатацию.

Продуктами электроплавки сульфидных медно-никелевых руд и концентратов являются штейн, отвальный шлак, газы и пыль.

Штейн является промежуточным продуктом металлургического производства. Его направляют в конвертер для дальнейшей переработки. Штейн в основном состоит из сульфидов никеля (Ni3S2), меди (Cu2S) и железа (FeS). Штейны электроплавки медно-никелевых руд и концентратов содержат 7—15% Ni и 3—10% Cu. Температура плавления штейнов колеблется от 1000 до 1200°С. Вследствие специфических особенностей электроплавки штейн из печи выпускают перегретым до 1150—1300°С. Электропроводность расплавленных штейнов близка к металлической и изменяется от 100 до 1000 ом-1*см-1.

Электропечной шлак является отвальным продуктом, содержание металлов в нем незначительно (0,06—0,25% Ni; 0,03—0,10% Cu; 0,025—0,030 Co). Отвальные шлаки в основном состоят из кремнезема SiO2 (30—45%), закиси железа FeO (25—45%), окиси магния MgO (10—24%), глинозема AI2O3 (5—15%) и окиси кальция CaO (3—8%). К важнейшим свойствам шлака, оказывающим влияние на технологические показатели электроплавки, относятся: температура плавления (1150—1400°С) и электропроводность (0,1—1,0 ом-1*см-1).

Газы, образующиеся при электроплавке, содержат от 0,1 до 5,0% SO2 и небольшое количество CO2. Одним из преимуществ электроплавки является небольшое количество технологических газов. Однако ввиду неудовлетворительной герметизации, печей на практике имеются 15—30-кратнмс подсоси воздуха, что, с одной стороны, в результате повышения скорости газа в подсводном пространстве приводит к увеличению пылевыноса, а с другой — ухудшает тепловой баланс электропечи и снижает эффективность отсоса газов из нее.

Запыленность отходящих газов характеризуется содержанием пыли (ее массы) в единице объема газа. Количество выносимой пыли зависит от гранулометрического состава шихты, качества ее подготовки, разрежения в газоходной системе, скорости отходящих газов, условий загрузки и других факторов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: