1223

огнеупора, приводящая к дополнительным локальным напряже­ ниям при напреве. Кроме того, эти шпинели (хромошпинелид и новообразованная сложная шпинель) обладают наибольшей стойкостью при высокой температуре к воздействию основных шлаков, что выгодно отличает периклазошпйнелидный огнеупор от хромомагнезита и магнезитохромита.

Можно предполагать, что применение периклазошгтинелидного огнеупора позволит довести непрерывную кампанию печей, служащих для переработки цинковых и коллективных концен­ тратов, с получением шлаков, содержащих около 30—35% окиси кальция и кремнезема, до одного года.

При переработке цинксодержащих железистых шлаков усло­ вия службы огнеупоров еще более тяжелые, так как эти шлакипри 1300° С более подвижны и агресоивны, чем известковокрем­ нистые.

Попытки найти стойкие огнеупоры для этих условий не дали положительных результатов *и на заводе ПалмерТон полностью кессонировали стены печи в области жидкой ванны. Такой спо­ соб безусловно эффективен и единственным его недостатком яв­ ляется несколько увеличенный расход электроэнергии, связан­ ный с повышенной теплоотдачей стеш

г

I.

Свод печи

В отражательных печах свод,— наиболее уязвимая -часть печи, работающая в тяжелых-условиях, при высокой температу­

подвесными магнезитовыми. В электропечах отсутствуют топоч-; цые лазы, количество пылевого уноса невелико и свод работает-

ввесьма благоприятных условиях.

Впечах медной плавки температура печных газов не превы­ шает/ 400—600° С и для свода:.вполне приемлем шамотный кир­ пич длиной 300—400 мм. Для уменьшения потерь иногда сводзащищают вторым слоем изоляционного кирпича и во всех слу­ чаях покрывают обмазкой толщиной 20—30 мм.

Ввозгон-очных печах газы и пары, покидающие печь, имеют темпер'атуру 1000—1200° С. И вэтом случае свод из шамотного

кирпича работает удовлетворительно, хотя, видимо, динас в этих условиях может оказаться ’более надежным.

СвОд кладут из 2—3 секций с необходимыми температурны­ ми швами. Его опирают на специальные пятовые кирпичи, ле­ жащие обычно на верхней 'продольной балке, надежно фикси­ руемой обвязкой печи.'

Загрузочные устройства и уплотнение отверстий для электродов

Загрузочные устройства печей медной и свинцовой плавки, работающих под небольшим разрежением и 'не требующих строгой герметизации, в общем весьма просты. Загрузочные течки входят в свод в различных его точках и 'прикрываются шаровыми или плоскими крышками, открываемыми в период загрузки. Попадание при этом в печь некоторого количества воздуха не ухудшает заметно процесс, увеличивая только общее количество покидающих печь газов.

Описанная выше схема загрузки, применяемая на медепла­ вильном заводе Роншер, позволяет подавать в печь горячий ога­ рок и не требует сооружения над печью бункеров. Герметизация печи при такой системе затруднительна и выход газов велик.

Система загрузки свинцовой печи на этом заводе также не­ герметична и не 1МОжет рассматриваться как удачно сконструи­

рованная.

На заводе Палмертон печь работает под некоторым давле нием и загружается с помощью теплоизолированных контейне­ ров, движущихся по монорельсу от сборного бункера к загрузочнам течкам, расположенным по периметру печи. Хотя под­ робного описания загрузочного устройства в литературе нет, можно полагать, что в процессе подачи материала в печь неиз­ бежен прорыв некоторого количества газов во внутренний объем бункера.

Более совершенной является схема с применением механиче­ ских устройств с гидравлическим затвором. Такое устройство позволяет не только полностью механизировать и герметизиро­ вать загрузку, но и в значительной степени ее автоматизировать. Опыт такой автоматизации описан ниже. Хорошая теплоизоля­ ция бункеров сменного запаса над печью, промежуточных течек и загрузочных устройств позволит сохранить тепло агломерата, предварительно нагретого в трубчатой печи.

Длительная эксплуатация таких устройств показала полную их надежность и герметичность. Следует отметить, что этот во­ прос весьма важен для закрытых печей, (работающих в условиях возгоночных процессов. Не меньшее значение имеет и уплотнение входов электродов через свод.

В литературе [200] описано много конструкций телескопиче­ ских устройств с гидравлическими затворами, однако опыт при­ менения такого устройства на свинцовой печи Лениногорского завода не может быть признан очень удачным. Затвор был тя­ жел, вода, выплескиваясь из него, попадала на свод, что при­ водило к быстрому его разрушению, пары воды попадали в печь.

Водоохлаждаемые кольца с сальниковым уплотнением из ас-

бестовой ваты оказались проще в изготовлении и эксплуатации, они обеспечивают достаточную степень герметизации при давле­ нии до 20 мм вод. ст., что вполне достаточно при практическом рабочем давлении 4—5 мм вод. ст. Такое уплотнение, видимо, окажется эффективным и при самоспекающихся электродах, хотя обичайки кожуха электрода должны в этом случае изго­ товляться и свариваться с особой точностью.

5. ПУСК И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПЕЧЕЙ

После окончания строительства печи сушат, затем в течение 10—15 дней их медленно нагревают до 1000° С, после чего в них заливают горячий шлак или наплавляют его из твердого, запол­ няя ванну до уровня штейновой летки. После некоторой выдерж­ ки для пропитки подины и нижней части стен шлак заморажи­ вают. Застывший в порах кладки, особенно на стыке пода и стен, шлак препятствует проникновению в кладку легкоплавко­ го штейна.

На поверхность застывшего шлака засыпают кокс и нагрева­ ют его током. Если электроды угольные или графитированные, то операция эта очень проста, если электроды самоспекающиеся — то вначале их готовят, постепенно заполняя кожух подо­ гретой до 130° С массой до уровня на 1 м выше контактных щек. Электроды опускают на кокс и постепенно увеличивают мощ­ ность. Когда около электрода появляется расплавленная масса,

вприэлектродное пространство засыпают свежие порции шлака

инаплавляют шлаковую ванну глубиной около 1 м. При этом шлак периодически выпускают небольшими порциями и вновь загружают в печь. Таким образом, лучше пропитываются все швы и равномерно прогреваются стены и подина печи.

После 10 дней шлаковой плавки печь вполне готова для ра­ боты, причем после наполнения ванны шлаком прогрев полезнее вести на повышенном напряжении, чтобы предотвратить прогар подины, не защищенной слоем штейна.

Впроцессе нагревания печь удлиняется примерно на 0,70%, что должно учитываться при устройстве отверстий для прохода электродов. Тщательный и постепенный нагрев печи необходим для ее успешной работы в последующем.

Нормальная эксплуатация печей сводится к своевременной и равномерной загрузке в них шихты и выпуску продуктов плав­ ки, к регулярному перепуску электродов и достаточному пита­ нию электроэнергией при оптимальном напряжении.

Как указывалось выше, на заводе Роншер при медной плав­ ке загрузку ведут 'равномерно по всей ванне. Плавка около электродов идет быстрее и поэтому в эту область загружают большую часть материалов. Аналогичная картина наблюдается

и на отечественных электропечах при плавке медно-никелевых руд. В этом случае более 90% шихты загружают в приэлектродную область и только небольшую часть загружают на откосы, расположенные вдоль стен. Практика советских металлургов, работающих с глубокой (более 2 м) ванной и откосами шихты высотой до свода, погруженными на 1—1,5 м в шлак, видимо, более целесообразна, чем практика завода Роншер.

Для медной плавки основная задача сводится к тому, чтобы

нию этой задачи.

При плавке свинцовых концентратов процессы восстановле­ ния имеют относительно подчиненное значение, к тому же легко­ плавкие окислы и силикаты свинца, стекая по частицам кокса, лежащим на ванне, успевают восстановиться в достаточной сте­ пени. Поэтому загрузку шихты можно вести достаточно близко к электродам и с максимальной быстротой.

При переработке цинковых концентратов процессы восста­ новления имеют (превалирующее значение и желательно осущеставить это восстановление в твердой фазе, до расплавления ших­ ты. В этом случае загрузка к электродам нецелесообразна и создание откосов шихты у стен не только защищает их, но и обеспечивает наилучшие условия проведения технологического процесса.

Коллективные концентраты обычно содержат много железа и длительное выдерживание такой шихты на откосах приводит к восстановлению чрезмерного количества железа. В то же время быстрое расплавление мешает полному восстановлению цинка. Поэтому такую шихту целесообразно грузить в среднюю между электродами и стенами область.

Таким образом, расположение загрузочных устройств и ре­ жим загрузки во многом определяют ход технологического про­ цесса и его результаты.

Расплавленные продукты следует выпускать относительно небольшими порциями. Одновременный выпуск большого коли­ чества шлака или штейна связан с заметным изменением уровня ванны, что очень вр<едно для самоспекающихея электродов, так как требует значительного их перемещения и приводит к плохо­ му спеканию массы. Кроме того, выпуск большого количества расплава связан с одновременным расходом ванной большого количества тепла. Однако чрезмерно частые выпуски связаны с организационными трудностями, так как операция открытия леток не механизирована и требует не менее двух человек. В каждом конкретном случае определяют оптимальную частоту выпусков,, учитывая перечисленные краевые условия.

Штейн выпускают в ковши и направляют на бессемерование.

Возможен выпуск его в мульды с последующим охлаждением и транспортировкой в твердом виде. Выбор способа определяет­ ся местными условиями. В случае выпуска в мульде легче со­ здать хорошие санитарные условия.

Шлак после выпуска из печи подвергают грануляции водой и далее транспортируют гидравлическим или механическим спо­ собом в отвал. Этот способ обработки шлака наиболее целесо­ образен.

При необходимости последующей переработки шлака его можно выпускать в ковши или прямо в следующий агрегат при соответствующем каскадном его расположенйи.

Уборка газообразных продуктов при плавке медных концент­ ратов весьма проста, так как объем газов невелик, а температу­ ра низка. Опыт показывает, что дешёвой и эффективной в этом случае оказывается мокрая газоочистка.

При восстановительной плавке, сопровождаемой возгонкой металлов, количество образующихся газов не превышает 200 м3 на 1 тшихты и очистка их от пыли успешно решается в мокрых скрубберах и инерционных пылеуловителях, отличающихся не­ большим сопротивлением.

Вследствие высокого содержания окиси углерода в газах и опасности взрывов гремучей смеси, которая может образоваться при подсосе воздуха, весь газовый тракт должен быть хорошо герметизирован и работать под небольшим положительным дав­ лением. При этом потери газа не допускаются из-за. его .высокой токсичности и необходимости последующего рационального ис­ пользования для подогрева различных агрегатов. Обслуживание газового тракта не вызывает затруднений, а эксплуатация его дешева.

Одна из серьезных трудностей при медной плавке — отложе­ ние магнетитовых настылей на лещади печи. При отражатель­ ной плавке это осложнение столь серьезно, что приводит к не­ обходимости изменять состав шихты, менять тепловой режим, загружать в печь чугун и т. д. При этом не всегда удается обес­ печить хорошую работу шпуров и успешно отделять штейн от шлака.

При электроплавке магнетит.овая настыль защищает подину от разрушения и ее стараются сохранять определенной толщи­ ны— порядка 100—120 мм. При уменьшении толщины настыли повышают напряжение на электродах и при этом степень их по­ гружения в ванну уменьшается; соответственно понижается тем­ пература и настыль растет.

В случае значительного увеличения размера настыли пони­ жают напряжение и электроды несколько глубже погружают в расплав, повышая температуру в нижней: части ванны. При этом настыль расплавляется. Такой режим выдерживают до получе­

ния «настыли необходимой толщины. В различные точки стен и в подину, в части, расположенные под электродами, вмонтированы термопары, показания которых непрерывно регистрируются и позволяют судить о состоянии футеровки и настылей.

При плавке железистых коллективных продуктов при избыт­ ке восстановителя или неправильном режиме нагрева шихты возможно выделение на подине железистой настыли.

Удаление ее достигается изменением электрического режима печи (понижением напряжения), уменьшением расхода кокса и, при значительном нарушении режима, временным уменьшением содержания окиси кальция в шлаке.

6. КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Одно из преимуществ применения электропечей в металлур­ гическом .производстве — широкая возможность .комплексной ав­ томатизации процесса.

Закрытые печи с ограниченным газообразованием и точно регулируемым источником тепловой энергии создают благо­ приятные условия для хорошего регулирования.

В отличие от сталеплавильных печей электрический режим руднотермических .печей с глубокой шлаковой ванной весьма устойчив и легко поддается регулированию.

Обычно регулирование ведут таким образом, что в печи под­ держивается постоянная заданная .мощность при выбранном оп­ тимальном напряжении. Переменным фактором является сила тока, увеличивающаяся или уменьшающаяся с глубиной погру­ жения электродов в ванну.

Электроды перемещают с помощью лебедок с электрическим приводом различных систем [201—203].

При этом регулируется мощность печи, но это только часть схемы комплексной автоматизации процесса.

Для закрытых печей, в которых перерабатывается свинцо­ вый, цинковый или коллективный агломерат, можно представить себе следующую схему автоматизации: исходя из удельного рас­ хода энергии на 1 г агломерата в печь известной мощности за­ дается определенное количество агломерата в час. Контроль за соответствием этих величин может осуществляться различно. Так, В. С. Лернер [204—207], исследуя работу электропечи для свинцовой плавки, предложил в качестве импульса для измене­ ния соотношения загрузка — мощность электропроводность шла­ ка, меняющуюся с-температурой. При загрузке, превышающей необходимое ее соотношение с мощностью, ванна охлаждается, электропроводность снижается и автомат увеличивает глубину погружения электродов в ванну, повышая тем самым силу тока и соответственно мощность, потребляемую печью. При перегреве

Рис. 49. Схема изодромного гидравлического регулятора:

1 — пружина настройки; 2 — нулевая пружина; 3 — мембрана; 4 — ползун; 5 — механизм настройки; 6 — нулевая точка; 7 — рычаг; 8 —• поршень; 9 — игольчатый вентиль; 10 — струйная трубка; 11 — ци­ линдр; 12 — трубка; 13 — игольчатый корректор

Была принята схема изодром-ного струйного масляного регу­ лятора давления типа РДНБИ-100, с головкой типа МНД и мем­ браной низкого давления типа МНД-1 + 5, показанной на рис. 49.

Регулятор показал высокую надежность работы в промыш­ ленных условиях при хорошей точности регулирования.

Не -менее важно регулировать температуру цинка в конденса­ торе, на что указывалось на стр. 79.

А. ф. Гавриленко и В. Б. Дмитриев [211] сообщают о разра­ ботке схемы охлаждения цинка в конденсаторе с помощью змеевиков, периодически подымающихся из ванны. Эта схема ус­ пешно эксплуатируется и достаточно работоспособна.

Все перечисленные узлы общей схемы плавки и конденсации должны быть связаны в общую схему комплексной автоматиза­ ции процесса. Такая схема полностью не отработана, но попыт­ ки ее создания предпринимаются.

7. ЭЛЕМЕНТЫ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

По Д. А. Диомидовскому [212, 213], руднотермические элект­ ропечи с толстым шлаковым слоем рассматриваются как тепло­ вые ванны, в которых электрическая энергия преобразуется в тепловую в шлаковом слое. Электроэнергия вводится в печь с помощью электродов, погруженных в шлаковый слой. В зави­ симости от величины заглубления электродов в шлак от 40 до 80% мощности выделяется вблизи электродов, в переходном контакте электрод — шлак, где образуется газовая прослойка,

вкоторой происходит дуговой разряд в виде частично шунти­ рованных (расплавленным шлаком) микродуг.

При малом заглублении электродов доля мощности, выде­ ляемая в контакте электрод — шлак, возрастает до 80%, а при большом погружении электродов в шлак уменьшается до 40— 50%. Остальная часть мощности, вводимой в печь, превращается

втепло в расплавленном шлаке, который является элементом электрического сопротивления.

Электрический ток в ванне протекает между электродами, а также между электродами и лещадью печи, на которой скапли­ ваются продукты плавки, обладающие высокой удельной элект­ ропроводностью (штейн, металл). Таким образом, нагрузка ванны осуществляется как по схеме «звезда», так и по схеме «треугольник». При этом нагрузка звездой несколько больше, чем треугольником, и для звезды растет при увеличении заглуб­

ления электродов в шлак и расстояния между электродами. Плотность тока имеет максимальное значение вблизи элект­

родов, следовательно, там же находится область наибольшего тепловыделения. Зона основного тепловыделения находится на расстоянии до 2 диаметров электрода от его оси. Вследствие это­ го, по Д. А. Диомидовскому, тепловое поле печи крайне нерав­ номерно. В приэлектродных зонах температура может достигать 1700—1800° С и выше; у стен и в подэлектродной зоне она сни­ жается до 1250—1350° С, причем под электродами находится по­ чти изотермическая зона.

Массивы плавающей в ванне шихты подплавляются потока­ ми циркулирующего перегретого шлака; при этом шлак интен­ сивно охлаждается. Как следствие неравномерности температур­ ного поля, объемный вес расплава в различных точках ванны неодинаков. Это вызывает конвекционное движение шлака по замкнутым траекториям, расположенным в верхней части ванны на глубине погружения электродов. Скорость движения шлака достигает 1—2 м/сек. Непрерывная конвекционная циркуляция шлака — важнейший процесс в электропечах, определяющий теплообмен в ванне и интенсивность плавления шихты.

При равномерной загрузке шихты в печь температура вблизи границы шихта — шлак практически не изменяется и близка к температуре плавления шлака. Зона наиболее активного плав­ ления шихты определяется зоной максимального тепловыделе­ ния, и размер ее не превышает 1,5—2 диаметров электродов.

Исследованиями на водяной и огневой моделях электропечи установлено, что конфигурация электрического поля в ванне поч­ ти не зависит от рабочего напряжения, электросопротивления шлака и размеров печи, если эти размеры изменяются с соблю­ дением геометрического подобия.

Мощность, вводимая в многошлаковую печь, распределяется между электродами почти поровну даже при расположении их в одну линию.

Конвекционное движение шлака около электродов становится более интенсивным при увеличении мощности и заглублении электродов, а также приближении загружаемой шихты к элект­ родам.

Всего этого нельзя достичь при незначительной глубине шла­ кового слоя. Поэтому целесообразно повышать уровень шлако­ вой ванны и работать со значительным заглублением электродов в шлак.

Полученные до настоящего времени количественные расчет­ ные данные о размерах печей нельзя считать вполне достовер­ ными, так как они получены методом приближенного моделирО' вания, не учитывающим большое число факторов, существенно влияющих на работу промышленных печей. При моделировании не соблюдались точные условия теплового, гидродинамического и электродинамического подобия, что, естественно, должно ска­ заться на результатах измерения температур, интенсивности плавления шихты и падений напряжений в ванне [214—227].

Специалисты не пришли еще к единому мнению о характере приэлектродных процессов и, в частности, о наличии или отсут­ ствии дугового разряда в рудоплавильных электропечах с боль­ шим объемом шлака.

Например, исследования Г. Ф. Платонова [228—232] показа­ ли, что в электропечах свинцовой плавки в рабочем режиме ду­