книги из ГПНТБ / Рудницкий В.Б. Автоматизация процессов рудной электроплавки в цветной металлургии

ны, соответствующем данному типу печи, вводимой мощ­ ности, напряжению, виду сырья (составу отвального шлака) и режиму загрузки. Результаты исследований подтверждают наличие экстремальных зависимостей по­ казателей электроплавки от уровня ванны [36]. На рис. 17 изображены корреляционные зависимости удель­

Рис. 17. Корреляционные зависимости удельного расхода электро­ энергии (/, 2) и потерь никеля с отвальным шлаком (3, 4) от общего

уровня ванны (/, 3 — эмпирические; 2, 4 — теоретические линии ре­ грессии)

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

инижних слоев шлака. Однако при дальнейшем повыше­ нии уровня ванны уменьшаются размеры откосов шихты на поверхности расплава (при неизменном расположе­ нии точек), что приводит к повышенным потерям тепла,

ина графике видна тенденция к увеличению удельного расхода электроэнергии.

Увеличение содержания никеля в шлаке с повыше­ нием уровня ванны можно объяснить тем, что при высо­ ком уровне шлака его выпускают из более глубоких слоев, обогащенных не успевшими осесть частицами

штейна. В данном случае сущестненное значение имеет высота расположения шлакового шпура. Так как в пери­ од эксперимента печь работала в основном с повышенным уровнем ванны (в среднем 2540 мм), участок кривой, от­ ражающей увеличение потерь никеля при снижении уровня ванны, на графике не определился. При работе печи с малой глубиной шлаковой ванны возникают на­ рушения теплового и электрического режимов печи, что ухудшает условия разделения шлака и штейна и приво­ дит к увеличению потерь никеля со шлаками.

Как видно из приведенных графиков, характер зави­ симостей показателей плавки от уровня ванны иденти­ чен, однако экстремальные значения уровня для рассмат­ риваемых показателей пе совпадают. Так, для режима и вида сырья, при которых проводили исследование, ми­ нимальный удельный расход электроэнергии соответство­ вал уровню ванны около 2700 мм, а наименьшие потери металла со шлаками наблюдали при уровне ванны око­ ло 2450 мм. Следовательно, выбор оптимального значе­ ния уровня следует проводить на основе совместного ана­ лиза технологических и экономических факторов.

штейновой ванны ее поверхность приближается к элек­ тродам и подвергается перегреву, что приводит к воз­ никновению флотации штейна в шлаковую ванну, сни­ жению ее электросопротивления и нарушению электри­ ческого режима печи.

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

Заглубление электродов. Величина заглубления электродов в шлаковый расплав оказывает существен­ ное влияние на режим электроплавки. Для каждого вида сырья и способа его загрузки существует оптимальная величина заглубления электродов, при которой обеспечи­ вается интенсивное плавление погруженных в расплав откосов шихты и не допускается перегрев штейна. Необ­ ходимая глубина погружения электродов при заданной мощности может быть достигнута в результате измене­

вителыіых печей придают большое значение контролю и регулированию глубины погружения электродов. В ра­ ботах [37, 38] рассматривают влияние глубины погруже­ ния электродов на производительность печи, извлечение основных элементов и эксплуатационные расходы. Малая глубина погружения электрода способствует уменьшению

Рис. J8. Корреляционные зависимости проплава от заглубления электро­

дов (/, 2 — для среднего заглубления двух электродов фазы; 3—5 — по фазам)

производительности вследствие больших тепловых по­ терь с колошниковыми газами и пониженной температу­ ры «горна» печи в результате перемещения вверх зоны плавления. Чрезмерно глубокое погружение электродов также вызывает нежелательные явления: неустойчивый электрический режим, перегрев сплава и др.

Для оценки влияния величины заглубления электро­ дов на показатели исследуемого процесса рудной элект­ роплавки обработаны корреляционные зависимости про­ плава (рис. 18), содержания никеля в шлаке и удельного

расхода электроэнергии (рис. 19) от среднего заглубле­ ния двух электродов фазы (при работе печи на одной ступени напряжения, разных составах печных шлаков и изменении других параметров). Характер зависимо­ стей, полученных в целом для печи, сохраняется и при рассмотрении отдельных фаз п электродов. В качестве примера на рис. 18 показаны эмпирические линии регрес-

Рис. 19. Корреляционные зависимости потерь никеля с отвальным шла­ ком (/, 2) и удельного расхода электроэнергии (3, 4) от среднего заглуб­

ления двух электродов фазы (/, 3 — эмпирические; 2, 4 — теоретические линии регрессии)

сии изменения проплава от заглубления электродов по фазам.

Экстремальный характер приведенных зависимостей можно объяснить смещением зоны выделения энергии по высоте расплава, что приводит к изменению режима плавки и величины потерь тепла. Увеличение заглубле­ ния 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 перераспределе­ ние температурного поля. При понижении температуры верхних слоев шлака снижается производительность пе-

чи, повышение температуры пршптейновых слоев шлака п штейна приводит к увеличению потерь никеля вследст­ вие повышенного растворения сульфида никеля в шлаке.

Статические электрические характеристики

Статические электрические характеристики электро­ печного агрегата получены регулярным методом путем перемещения одного электрода фазы при неподвижном

Р,Мвт G'OM~' l hа и, в

втором. Электрод перемещался практически непрерывно с кратковременными остановками (примерно через 10 см), необходимыми для регистрации показаний при­ боров.

Статические электрические характеристики однофаз­ ной системы, определяющие зависимость тока, напряже­ ния, мощности и проводимости от заглубления электрода показаны на рис. 20. Характеристики показывают, что при заглублении одного электрода сила тока фазы уве­ личивается, напряжение на движущемся электроде сни­

жается, а на смежном возрастает. При этом мощность на обоих электродах увеличивается до момента, когда их заглубления станут равными. Далее мощность непо­ движного электрода увеличивается, а движущегося зна­ чительно снижается. Проводимость на движущемся элек­ троде возрастает, а на неподвижном остается неиз­ менной.

Изменение проводимости по глубине шлаковой ванны G= f(h) определяется распределением электрического и температурного полей в ванне печи, зависит от хими­ ческого состава шлака, технологического режима элект­ роплавки, геометрических размеров печи и ряда других факторов.

Исследование характеристики электрической прово­ димости по глубине шлаковой ванны при различных ре­ жимах работы печи [34] проводили при помощи рабочих электродов и разработанного уровнемера расплава ЭМУР-1 [39]. В обоих случаях проводимость определя­ ли как частное от деления силы тока на напряжение на электроде при помощи преобразователя электрических параметров ПЭП-1 [40], с записью величины G на диа­ граммной ленте потенциометра с повышенной скоростью перемещения диаграммы. При этом рабочий электрод непрерывно перемещался от положения, соответствую­ щего номинальному значению вводимой мощности, до выхода из шлаковой ванны, а измерительный электрод уровнемера охватывал весь участок шлаковой ванны — от поверхности шлака до непосредственного контакта со штейном.

По виду полученных кривых шлаковые ванны можно условно разделить на неглубокие (глубина ванны Я до 1 м) и глубокие ( Я = 1 —2 м) . Кривые G=f(h), харак­ терные для шлаковых ванн различной глубины, показа­ ны на рис. 21 (пунктиром отмечены предполагаемые формы кривых при отсутствии мениска, образующегося на поверхности ванны при выходе электрода).

Для анализа характера изменения проводимости по глубине шлаковой ванны приведем вводимую в элект­ ропечь энергию к условной точке — фокусу выделения энергии и рассмотрим участки шлаковой ванны вниз и вверх от фокуса выделения энергии.

На нижнем участке по мере приближения к штейну увеличивается концентрация металла в шлаке, что при­

водит к резкому возрастанию удельной проводимости шлака, т. е. приращение градиента проводимости AG/Л/г является величиной положительной и функция G = f{h) нелинейна (рис. 21, а). Особенностью рассматриваемых печей является то, что на данном участке шлаковой ван-

Рис. 21. Изменение проводимости по глубине шлако­ вой ванны:

О- — Н до і м; б — Н = 1—2 м\ 1 — измерение рабочим электродом; 2 — уровнемером расплава

ilы градиент проводимости возрастает быстрее, чем про­ водимость. На верхнем участке по мере приближения к поверхности шлака уменьшается концентрация металла и снижается температура шлака, что приводит к умень­ шению удельной проводимости, и функция G = f(h) так­ же является нелинейней. Для глубоких шлаковых ванн у кривой G = f(h) в средней части имеется участок, близ­ кий к прямолинейному (рис. 21,6). Наличие прямоли­ нейного участка можно объяснить тем, что в глубоких шлаковых ваннах опрделепная толщина жидкого шлака в середине ванны более однородна по химическому со­ ставу и температуре.

Рассмотрим характер изменения G = f(h) в зависи­ мости от возмущающих воздействий. Основными возму­ щениями для процесса электроплавки являются: изме­ нение режима загрузки и химического состава шихты, отклонение вводимой мощности, перемещение электро­ дов, колебания общего уровня ванны (при рассмотрении влияния одного из факторов остальные принимают неиз­ менными) .

Возмущения по количеству загружаемой в печь ших­ ты вызывают изменение температуры и, следовательно, проводимости в верхних слоях ванны, что приводит к из­ менению крутизны кривой G = f(h), т. е. изменяется гра­ диент проводимости AGIAh. Возмущения по химическому составу загружаемой шихты вызывают практически рав­ номерное изменение удельной проводимости по всей глу­ бине шлаковой ванны, что приводит к смещению кри­ вой G = f(h) в сторону уменьшения либо увеличения G. Изменение глубины шлаковой ванны практически не влияет на проводимость шлака в верхних и нижних сло­ ях ванны, а оказывает влияние на крутизну кривой G= f(h). При изменении электрической мощности, вво­ димой в печь, изменяется температура, а следовательно, и проводимость в зоне плавления, что приводит к изме­ нению градиента проводимости AG/Ah.

Как было отмечено выше, величина заглубления электродов в шлаковый расплав является одним из ос­ новных энергетических параметров, определяющих ре­ жим электроплавки. Для каждого установившегося ре­ жима печи, отличающегося видом загрузки и составом шихты, электрической мощностью, уровнем расплава и другими факторами, существует оптимальное заглубле-

Рп— номинальная мощность фазы; UH— номинальное напряжение фазы;

h6 — базовое значение перемещения элект­ рода.

Изменение коэффициента усиления по ходу плавки и глубине шлаковой ванны обусловлено рассмотренными выше факторами, влияющими на характер изменения функции G= f(h). По кривым G=f(h), полученным экс-

Рис. 22. Изменение коэффициента усиления по ходу плавки и глубине шла' ковой ванны

варьирование коэффициента усиления от 3,0—0,9 до 0,3—0,2. Причем большие значения Ку соответствуют работе печи при повышенных напряжениях, кремнистых шлаках, пониженных уровнях ванны, что в конечном сче­ те приводит к меньшим заглублениям электродов. На границе шлак—штейн наблюдают резкое увеличение про­ водимости и соответственно коэффициента усиления.

Для определения наличия дугового разряда и влия­ ния его на выбор САР электрической мощности проводи­