Корреляционные зависимости процесса рудной электроплавки

Для выявления взаимосвязи между основными показателями процесса и параметрами, влияющими на режим плавки, применяли метод пассивного наблюдения. При проведении пассивного эксперимента с целью расширения диапазона изменения исследуемых переменных по ходу плавки искусственно изменяли режимы по следующим параметрам: мощности печи, напряжению с низкой стороны печных трансформаторов, общему уровню ванны.

На основании экспериментальных данных построены графики работы печи, отображающие основные технологические операции и изменение исследуемых параметров во времени. Анализ фотографии работы печи показал, что время простоя агрегата может быть значительно сокращено при условии автоматизации операций наращивании электродов, загрузки электродной массы и замера уровни панны без отключения печи, а также в результате подачи в печь подготовленной шихты установленной влажности, при которой сократится забивка течек, зависание и смерзание шихты в бункерах.

Анализ статических характеристик исследуемых параметров показал, что плотности распределения подчинены нормальному закону или близки к нормальным. Параметры процесса обладают значительными рассеяниями. Основные отклонения, характеризующие в известной степени стабильность работы печи, составляют 25—30% от средних значений, что можно объяснить отсутствием автоматического контроля и регулирования ряда основных параметров электроплавки.

Для обработки экспериментальных данных использовали метод корреляционно-регрессионного анализа. Некоторые корреляционные зависимости процесса рудной электроплавки рассмотрены ниже. Следует отметить, что полученные характеристики справедливы только в диапазоне изменения исследуемых параметров и в данном случае их используют как качественные для выбора каналов управления.

Состав отвального шлака по основным шлакообразующим существенно влияет на свойства шлака, содержание металла в нем и ход процесса плавки. На рис. 16 изображены корреляционные зависимости потерь никеля с отвальным шлаком (Niош) от содержания окиси кремния (SiO2ош) и окиси магния (MgOош) в нем.

На графике Niош=f(SiO2ош) наблюдают снижение потерь никеля при увеличении содержания кремнезема от 38 до 44%. При дальнейшем увеличении содержания SiO2 потерн никеля со шлаком возрастают. Эта зависимость объясняется тем, что с повышением содержания SiO2 в шлаке уменьшается его удельный нес, что способствует лучшему отделению штейна от шлака; уменьшается растворимость сульфидов металлов в шлаке — все это приводит к уменьшению как физических, так и химических потерь металлов. Нo при чрезмерном повышении содержания кремнезема в шлаках увеличивается их вязкость, в результате чего ухудшаются условия разделения штейна и шлака.

По характеру корреляционной зависимости Njош = f(MgOош) видно, что окись магния влияет на потерн никеля аналогично кремнезему. Увеличение содержания MgO в шлаке до 11-12% положительно влияет на состав шлака, уменьшая содержание никеля в нем вследствие уменьшения его удельного веса и вязкости. При дальнейшем увеличении содержания MgO в шлаке возрастает температура плавления и вязкость шлака, что приводит к увеличению потерь никеля с отвальными шлаками.

Приведенные данные свидетельствуют о значительном варьировании состава шлака по ходу плавки, что можно объяснить отсутствием автоматизации процесса шихто-подготовки. Задача снижения содержания никеля в отвальном шлаке сводится в первую очередь к регулированию состава шихты по основным шлакообразующим компонентам. а также к поддержанию требуемого теплового режима печи.

Уровень шлаковой и штейновой ванны. Практика эксплуатации показывает, что лучших показателей плавки достигают при работе с определенным уровнем ванны, соответствующем данному типу печи, вводимой мощности, напряжению, виду сырья (составу отвального шлака) и режиму загрузки. Результаты исследовании подтверждают наличие экстремальных зависимостей показателей электроплавки от уровня ванны. На рис. 17 изображены корреляционные зависимости удельного расхода электроэнергии (Ауд) и потерь никеля с отвальными шлаками (Niош) от общего уровня ванны (Ншл).

Увеличение общего уровня до определенного предела приводит к снижению удельного расхода электроэнергии, что объясняется увеличением тепловой инерции печи, а также уменьшением потерь тепла на перегрев штейна и нижних слоев шлака. Однако при дальнейшем повышении уровня ванны уменьшаются размеры откосов шихты на поверхности расплава (при неизменном расположении точек), что приводит к повышенным потерям тепла, и на графике видна тенденция к увеличению удельного расхода электроэнергии.

Увеличение содержания никеля в шлаке с повышением уровня ванны можно объяснить тем, что при высоком уровне шлака его выпускают из более глубоких слоев, обогащенных не успевшими осесть частицами штейна. В данном случае существенное значение имеет высота расположении шлакового шнура. Так как в период эксперимента печь работала о основном с повышенным уровнем ванны (в среднем 2540 мм), участок кривой, отражающей увеличение потерь никеля при снижении уровня ванны, на графике не определился. При работе печи с малой глубиной шлаковой ванны возникают нарушения теплового к электрического режимов печи, что ухудшает условия разделения шлака и штейна и приводит к увеличению потерь никеля со шлаками.

Как видно из приведенных графиков, характер зависимостей показателен плавки от уровня ванны идентичен, однако экстремальные значения уровня для рассматриваемых показателей не совпадают. Так, для режима в вида сырья, при которых проводили исследование, минимальный удельный расход электроэнергии соответствовал уровню ванны около 2700 мм, а наименьшие потери металла со шлаками наблюдали при уровне ванны около 2450 мм. Следовательно, выбор оптимального значения уровня следует проводить на основе совместного анализа технологических и экономических факторов.

Режим и показатели электроплавки зависят также и от глубины штейновой ванны. При высоком уровне штейновой ванны ее поверхность приближается к электродам и подвергается перегреву, что приводит к возникновению флотации штейна в шлаковую ванну, снижению ее электросопротивления и нарушению электрического режима печи.

Для поддержания уровня шлака и штейна в требуемых пределах необходимо осуществлять автоматический контроль уровня и выпускать продукты плавки из печи но сигналу уровнемера.

Заглубление электродов. Величина заглубления электродов в шлаковый расплав оказывает существенное влияние на режим электроплавки. Для каждого вида сырья и способа его загрузки существует оптимальная величина заглубления электродов, при которой обеспечивается интенсивное плавление погруженных в расплав откосов шихты и не допускается перегрев штейна. Необходимая глубина погружении электродов при заданной мощности может быть достигнута и результате изменения вторичного напряжения печного трансформатора.

В зарубежной практике эксплуатации рудовосстановительных печей придают большое значение контролю и регулированию глубины погружении электродов. В работах рассматривают влияние глубины погружения электродов на производительность печи, извлечение основных элементов и эксплуатационные расходы. Малая глубина погружения электрода способствует уменьшению производительности вследствие больших тепловых потерь с колошниковыми газами и пониженной температуры «горна» печи в результате перемещения вверх зоны плавления. Чрезмерно глубокое погружение электродов также вызывает нежелательные явления: неустойчивый электрический режим, перегрев сплава и др.

Для опенки влияния величины заглубления электродов на показатели исследуемого процесса рудной электроплавки обработаны корреляционные зависимости проплава (рис. 18), содержания никеля в шлаке и удельного расхода электроэнергии (рис. 19) от среднего заглублении двух электродов фазы (при работе печи на одной ступени напряжении, разных составах печных шлаков и изменении других параметров). Характер зависимостей, полученных в целом для печи, сохраняется и при рассмотрении отдельных фаз и электродов. В качестве примера на рис. 18 показаны эмпирические линии регрессии изменения проплава от заглубления электродов по фазам.

Экстремальный характер приведенных зависимостей можно объяснить смешением зоны выделения энергии по высоте расплава, что приводит к изменению режима плавки и величины потерь тепла. Увеличение заглубления электродов до определенного предела способствует более полному использованию тепловой энергии и более равномерному прогреву шлака по всей его толщине, что благоприятно отражается на показателях работы печи. При дальнейшем увеличении заглубления электроды приближаются к штейну, что вызывает перераспределение температурного поля. При понижении температуры верхних слоев шлака снижается производительность печи, повышение температуры приштейновых слоев шлака и штейна приводит к увеличению потерь никеля вследствие повышенного растворения сульфида никеля в шлаке.