книги из ГПНТБ / Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов

При отсутствии с диаметрально противоположной стороны элек­ трода откоса одинаковой высоты на электрод не будет воздействовать уравновешенное давление; он отклонится от вертикали и прижмется к сводовому кольцу. Для предотвращения разрушения кольца ме­ ханизм перемещения электрода приходится отключать, что ведет к нарушению регулировки мощности печи.

Одной из причин поломок рабочего конца электрода является большое давление на него высоких откосов шихты. Особенно возра­ стает вероятность поломки при «перекосе» электрода. В этом случае возникает значительный изгибающий момент, под действием которого конец электрода ломается.

Из изложенного следует, что центральная система загрузки шихты имеет свои преимущества и недостатки. Важнейшее достоин­ ство центральной системы загрузки — расположение откосов шихты вблизи зоны максимальных тепловыделений, что при хорошо под­ готовленной к плавке шихте обеспечивает высокий проплав и низ­ кий удельный расход электроэнергии на плавку.

Недостаток системы загрузки — плохая устойчивость высоких откосов при влажной шихте и большом количестве мелочи. Плохое качество шихты служит причиной взрывов, сопровождающихся разрушением свода, и, как следствие, аварийных простоев электро­ печи, связанных с ремонтом свода.

При центральной загрузке вокруг электрода открыт участок ванны, который служит очагом интенсивного газовыделения. При недостаточном разрежении в подсводовом пространстве печи факел газов, нагретых до 600—800° С, вырывается в кольцевой зазор между электродом и сводом, что приводит к значительным потерям тепла и выделению вредных газов и пыли в атмосферу цеха.

Высокая температура газов, омывающих электроды, создает благоприятные условия для их спекания, но в то же время способ­ ствует обгоранию электродов в подсводовом пространстве до погруже­ ния их в расплавленную ванну. В результате увеличивается расход железа кожухов и электродной массы.

Горячие газы, вырывающиеся из-под свода в кольцевой зазор вокруг электрода, способствуют износу контактных щек и арматуры их водяного охлаждения.

Загрузка та электрод»

В 1959 г. в Норильском горно-металлургическом комбинате была внедрена так называемая система загрузки «на электрод» руд­ ных электропечей. Она во многом свободна от недостатков централь­ ной системы нагрузки. Как и при центральной загрузке, при загрузке шихты «на электрод» материал загружают в околоэлектродную зону максимальных тепловыделений. Однако если при центральной за­ грузке на поверхности ванны между электродом и откосом существует открытый участок ванны, то при загрузке «на электрод» поверхность ванны вокруг электрода полностью закрыта шихтой. При этом за­ грузочные течки располагаются в своде печи таким образом, чтобы

141

шихта заваливала электроды на высоту до 1000 мм над уровнем ванны. Расположение откосов шихты при загрузке «на электрод» показано на рис. 76, а расположение загрузочных воронок— на рис. 34.

Опираясь на электроды, откосы шихты приобретают устойчи­ вость, что обеспечивает безопасные условия работы. Из-за ликви­ дации открытого участка ванны вокруг электрода прекращается выбивание факела раскаленных газов через кольцевой зазор между электродом и сводом. В результате уменьшаются потери тепла с га­

ветствует трех-четырехкратному от глубины погружения элек­ трода.

При повышении указанного уровня завалки увеличивается погру­ жение электродов в расплав. Это объясняется тем, что непосредственно в околоэлектродной зоне возрастает количество неэлектропроводной шихты и уменьшается перегрев шлака. В результате увеличения электросопротивления шлака уменьшается величина силы тока, а автоматический регулятор мощности печи «срабатывает» на погру­ жение электрода. Работа электропечи с глубоко погруженными в рас­ плав электродами сопровождается снижением мощности, выделяемой в контакте электрод-—шлак, перегревом жидких продуктов плавки, увеличением расхода электродов. В настоящее время загрузку «на электрод» применяют только при плавке агломерата, так как при пе­ реработке кусковой руды объемной массой 1,8—2,5 т/м3 эта система загрузки вызывает поломку и обрыв электродов.

142

Способы загрузки шихты в печь

В зависимости от качества шихты загрузку печи производят либо без разрыва столба шихты в загрузочной течке, либо с разрывом. Термически подготовленная шихта (агломерат, окатыши) загружается в печь без разрыва столба шихты в течке между бункером и откосом, неподготовленная шихта (влажная руда, неокускованный концен­ трат) загружается с разрывом, который осуществляют шибером (ме­ ханическим или пневматическим).

Так, на Норильском комбинате агломерат загружается в печь без разрыва столба шихты в течке. При такой загрузке по мере плавле­ ния шихты и оседания откоса происходит саморегулирование подачи шихты в печь, в связи с чем откосы имеют постоянную высоту.

Попытка внедрения аналогичного способа на печах комбината «Печенганикель», имеющих центральную систему загрузки, не увен­ чалась успехом, так как при плавке термически неподготовленной шихты концы загрузочных течек часто забивались и шихта не посту­ пала в печь. Приходилось отключать печь для пробивки течек. Кроме того, имело место и другое неприятное явление. При обрушении или падении откоса все содержимое бункера (5—7 т) над загрузочной течкой самопроизвольно загружалось в печь; при этом образовы­ вался большой откос, который обламывал рабочий конец электрода. При повышенном содержании влаги в шихте погружение такого ко­ личества материала в расплав приводило к взрывам, разрушаю­ щим свод печи. Для нормализации работы печей пришлось поставить' на загрузочных течках пневматические шиберы и перейти на загрузку с разрывом столба шихты в течке.

Обязанности загрузчиков шихты

При постоянных параметрах электроплавки (мощность печи, состав шихты) показатели проплава зависят не только от системы загрузки, но и от качества работы загрузчиков. Чтобы правильно загружать шихту в печь, загрузчик должен хорошо представлять себе те физико-химические процессы, которые .протекают в печи. Основное условие получения высокого проплава — равномерная и своевременная загрузка шихты в печь. Загрузчик обязан постоянно следить за состоянием и высотой откоса шихты, уровнем ванны и влажностью загружаемого сырья в соответствии с экспресс-анализом. При оплавлении откосов и снижения их высоты он должен загрузить в печь новую порцию шихты и довести высоту откосов до первона­ чального уровня. Обычно при подаче шихты скребковыми транспор­ терами загрузочные течки по обеим сторонам печи загружаются последовательно, начиная от шлакового торца печи к штейновому. При необходимости загрузки шихты в какую-нибудь определенную течку загрузчик обязан перекрыть шиберы на всех предыдущих

Если загрузчик обнаружит зависшие на шлаковой корке (на­ стыли) откосы, он должен немедленно сообщить об этом старшему

143

§ 27. Заливка в руднотермическую печь жидкого конвертерного шлака

В руднотермических электропечах почти всегда перерабатывают то или иное количество конвертерных шлаков — оборотный продукт производства (табл. 8) — хотя это нежелательно из-за увеличения потерь металлов в шлаках электроплавки.

Конвертерный шлак представляет собой сложный расплав, в ко­ тором содержится 22—26% S i02, 70—75% окислов железа (закиси и магнетита), 0,6— 1,5% Ni, 0,5— 1,5% Cu, 0,15—0,4% Со, до 4% S, до 5% других компонентов (Â120 3, MgO, CaO).

Конвертерные шлаки вводят в шихту рудной электроплавки для извлечения из них ценных металлов и в качестве железосодержащего флюса.

Особенно важное значение имеет подшихтовка конвертерного шлака при плавке необожженных сульфидных материалов, в которых не содержатся окислы железа, необходимые для получения шлака, или при плавке сырья с большим содержанием кремнезема и окиси магния. Так, при электроплавке сульфидной руды, содержащей 2,5% Ni, 14% S, 30% S i02, 12% MgO, без добавки конвертерных шлаков получаются отвальные шлаки с 53,5% S i02 и 21,5% MgO. С такими шлаками работать нельзя, так как они обладают очень низкой электропроводностью, высокой температурой плавления и значительной вязкостью. Добавка 30% конвертерного шлака от массы рудного сырья снижает содержание кремнекислоты в отвальном шлаке до 43%, окиси магния — до 14% и обеспечивает необходимые электропроводность, температуру плавления и вязкость электро­ печиых шлаков.

Как правило, конвертерный шлак заливают в электропечи в жид­ ком виде, доставляя его к электропечам мостовыми кранами в ков­ шах емкостью 10—20 т. Шлак сливают в чугунный желоб (ложку), конец которого вставлен в отверстие торцовой стенки печи (со сто­ роны штейновых шпуров). Конвертерный шлак заливают в печь пе­ риодически, по мере его поступления из конвертерного передела или электропечей обеднения. За один прием в печь заливают от од­ ного до четырех ковшей шлака.

В электропечи конвертерный шлак в результате активного конвек­ ционного движения расплава хорошо перемешивается с печным шла­ ком. При этом магнетит и другие ферриты, а также различные окислы металлов конвертерного шлака могут восстанавливаться сульфидами шихты, а окислы железа из конвертерного шлака — связываться с кремнекислотой флюсов или первичного электропечного шлака по следующей реакции:

3Fe30 4 -J- FeS + 5SiOa = 5 (2FeO-SiOa) -f-S02.

За счет этих процессов и смешения со шлаком внутри электропечи изменяется химический состав электропечного шлака, повышается содержание в нем окислов железа, снижается содержание кремне­ кислоты.

Улучшение физико-химических свойств полученного шлака, его перегрев, наличие отстойной зоны в электропечи создают условия для выделения содержащихся в конвертерном шлаке цветных метал­ лов и получения бедных отвальных шлаков электроплавки. В ре­ зультате переработки в рудных электропечах жидких конвертер­ ных шлаков извлечение никеля и меди из них в штейнах достигает 90%, кобальта 60%.

Неодинаковое извлечение меди, никеля и кобальта из конвертер­ ных шлаков в штейн, рудной плавки объясняется в основном формой нахождения этих металлов в шлаке: меди и никеля в сульфидной форме, кобальта — в виде окислов и силикатов. При переработке конвертерных шлаков содержащиеся в нем сульфиды металлов пере­ ходят в штейн, а окислы и силикаты — в шлак. Низкое извлечение кобальта в штейн — существенный недостаток переработки жидких конвертерных шлаков в электропечах рудной плавки. К числу дру­ гих недостатков совместной плавки рудного сырья и конвертерных шлаков относятся: увеличение потерь ценных металлов с отвальными шлаками, снижение проплава рудного сырья, значительное настылеобразованне на подине печи вблизи торцовой стенки, в которой рас­ положены штейновые шпуры, изменение электропроводности шлака из-за изменения его состава.

Потери металлов с отвальными шлаками растут пропорционально количеству заливаемых в печь конвертерных шлаков, так как повы­ шается содержание металлов (особенно кобальта) в отвальных шлаках и увеличивается их выход (см. § 30). Снижение проплава рудного сырья при его совместной плавке с жидким конвертерным шлаком вызывается тем, что часть мощности печи расходуется на перегрев конвертерного шлака, который заливается в печь при 1150—1200° С, а в процессе доработки до отвального шлака разогревается до тем­ пературы 1350— 1450° С. Расчеты показывают, что на переработку 1 т жидкого конвертерного шлака в руднотермической печи необ­ ходимо —150 кВт-ч электроэнергии.

Образование настыли в печи при переработке конвертерного шлака можно объяснить следующим образом. При заливке в печь подряд нескольких ковшей конвертерного шлака (30—50 т) участок шлаковой ванны между крайним электродом и торцовой стенкой охлаждается, так как температура заливаемого в печь конвертер­ ного шлака на 200—250° С ниже температуры электропечного шлака. Снижение температуры шлакового расплава способствует созданию условий для выделения из электропечного шлака магнетита и дру­ гих тугоплавких ферритов, а также хромита Сг20 3 (последний по­ ступает в электропечь вместе с конвертерным шлаком при перера­ ботке в конвертере в качестве «холодных» присадок хромоникелевых сталей и растворении огнеупорной футеровки конвертера). Осаждаясь на подине печи, эти соединения образуют настыль.

Подовая настыль в области штейновых шпуров может быть зна­ чительной. Так, на электропечах комбината «Печенганикель», пе­ рерабатывающих до 30% конвертерных шлаков от массы твердой шихты, подовая настыль в области штейновых шпуров достигает

146

800 мм (рис. 77). При этом возникают осложнения при выпуске из печи штейна, так как настыль прейраждает доступ штейна к шпуро­ вым отверстиям (§29).

Для предупреждения образования настыли в головной части печи следует:

а) получать конвертерные шлаки с максимальным содержанием кремнезема (25—26%), так как чем выше в жидких шлаках содержа­ ние SіОа. тем меньше в них магнетита;

б) не охлаждать головную часть печи одновременной заливкой большого количества конвертерного шлака и чрезмерно большой загрузкой твердой шихты;

В связи с отмеченными недостатками переработки конвертерных шлаков в рудных электропечах выгоднее извлекать металлы из этих шлаков в отдельной технологической ветви. Если необходимо вво­ дить в шихту рудной плавки железосодержащие флюсы, следует применять конвертерные шлаки, предварительно обедненные в элек­ тропечах обеднительной плавки. Такие шлаки практически не содер­ жат магнетита и не вызывают отмеченные выше неполадки. •

Для обеспечения своевременной заливки в печь конвертерного шлака обслуживающий персонал печи должен поддерживать слив­ ной желоб в рабочем состоянии: раз в смену очищать его от шлаковых корок. Чистку желоба рекомендуется выполнять в начале каждой смены, когда он холодный.

§ 28. Выпуск из печи продуктов плавки

При электроплавке медно-никелевых руд и концентратов обра­ зуется значительное количество расплавленных продуктов плавки. Как следует из приведенных ниже данных, выход штейна в зависимо­ сти от состава исходной шихты составляет 20—40% от твердой никельсодержащей шихты, а отвального шлака 67—112% от массы твердой (никельсодержащее сырье -f- флюс) шихты.

ШтеЛн Шлак

Другая половина доводится до отвального шлака в электропечах обеднения.

*2 Выход шлака при переработке в рудных печах всего конвертерного шлака и введении в шихту кварцевого флюса.

Для обеспечения нормальной работы электропечи необходимо своевременное и равномерное удаление из печи продуктов плавки. Накопление продуктов плавки ведет к нарушению технологического процесса. Повышение уровня штейновой ванны влечет за собой не­ спокойную работу печи и, вследствие этого, повышенные потери металлов с отвальными шлаками. Работа печи с высоким уровнем общей и штейновой ванны способствует охлаждению нижних слоев штейна и образованию настыли на подине.

Каждый завод имеет свои нормы уровня штейновой и шлаковой ванны (табл. 22). Эти нормы обусловливаются составом сырья, конструктивными особенностями печи и опытом ее эксплуатации.

Выпуск штейна

Расплавленные штейн и шлак выпускаются из электропечи через шпуровые отверстия, расположенные ниже зеркала ванны. Для вы­ пуска штейна в торцовой стенке'электропечи имеются три или четыре шпура, позволяющие удалять штейн из различных по высоте участ­ ков штейновой ванны. Выпускаемый штейн по желобу сливают в стальной ковш, вмещающий 8— 15 т расплава.

Электропечной штейн всегда перегрет и выпускается при 1150— 1300° С. Такой штейн обладает способностью интенсивно разъедать железные изделия, поэтому ковши должны быть футерованы шамот­ ным кирпичом или ошлакованы конвертерным шлаком. Чугунные секции желобов также футеруют магнезитовым или хромомагнези­ товым кирпичом и тщательно заправляют огнеупорной глиной и электродной массой. При плохой заправке желоба струя штейна может залить штейновую площадку и вызвать серьезную аварию.

Штейн выпускают из печи периодически в зависимости от требова­ ния конвертерного передала. Правилами безаварийной эксплуата­ ции электропечей предусмотрен регламент работы шпуровых отвер­ стий. В суточном графике работы печи старший мастер указывает номер шпура, из которого в данную смену надлежит выпускать штейн. Сменному персоналу категорически запрещается самовольно выбирать шпур для выпуска, так как это может привести к срыву запланированного ремонта шпура, а при плохом состоянии кладки —

каварии.

Впрактике обслуживания штейновых шпуров различают два

способа выпуска штейна:

148

1)при ежесменном чередовании шпуров в соответствии с утвер­ жденным суточным графиком (комбинаты «Печенганикель», Нориль­ ский);

2)при работе всех смен на одном шпуре вплоть до его текущего ремонта (комбинат «Североникель»).

Штейновую площадку печи обслуживают трое плавильщиков. Перед вскрытием штейнового шпура рабочие проверяют состояние втулки и желоба, при необходимости заправляют желоб огнеупор­ ной глиной и электродной массой, приготавливают глиняные пробки для прикрытия шпура.

Штейновые шпуры вскрывают либо с помощью кислородного бурения (прожига), либо стальным ломиком. К первому способу вскрытия прибегают после длительных перерывов в выдаче штейна, когда шпуровое отверстие замерзло. Вторым способом открывают шпур после кратковременного перерыва в выпуске штейна (не более 10—15 мин).

Для кислородного бурения применяют газовые трубки диаметром 8 мм и длиной 5 м. Перед бурением к кислородопроводу или к бал­ лону с кислородом через редуктор присоединяют резиновый шланг со штуцером. В штуцер плотно вставляют один конец газовой трубки,

адругой подносят к тлеющей головешке и через трубку пропускают слабый ток кислорода. При интенсивном горении в кислороде обуг­ ленного дерева конец трубки нагревается до температуры белого каления и железо трубки загорается в токе кислорода. О начале горе­ ния трубки судят по появлению ярких белых искр. Зажженной трубкой плавильщик «отжигает» ломик, введенный в шпуровое отвер­ стие, и затем, нажимая на трубку, приступает к вскрытию шпура.

При прожигании штейновых шпуров кислородное бурение можно вести как по телу ломика, так и по штейну, застывшему в шпуровом канале. Вскрытие штейнового шпура осуществляется за счет тепла, выделяющегося при горении в токе кислорода железной трубки и ломика, а также тепла, выделяющегося при окислении за­ полняющего шпур штейна. Штейновый шпур легко «прожигается» даже в том случае, если в шпуровое отверстие не был введен ломик.

При кислородном бурении шпуровых отверстий один баллон кислорода расходуется на вскрытие двух-трех замерзших шпуров, при этом на каждый шпур расходуется приблизительно 1,5 газовой трубки.

Закрывают штейновый шпур глиняной пробкой, насаженной на металлическую штангу-притычку. Перед закрытием шпура необ­ ходимо тщательно очистить втулку от корок и проверить качество глиняных пробок — они должны быть в меру эластичными. Штей­ новый шпур закрывают при помощи пневматической пушки, либо вручную.

Конструкция пневматической пушки показана на рис. 78. Она состоит из воздушного цилиндра с подвижным поршнем, на шток которого насажена съемная штанга-притычка с глиняной пробкой. Цилиндр шарнирно закрепляется в раме каретки. Шарнирное за­ крепление цилиндра позволяет устанавливать притычку точно

149

по горизонтальной оси шпурового отверстия. Точность наводки пушки по вертикальной оси шпура осуществляется путем горизон­ тального перемещения каретки ручной лебедкой по направляющей балке.

Когда необходимо закрыть шпур, поворотом рукоятки треххо­ дового крана подают в цилиндр сжатый воздух. Шток цилиндра вме­ сте с насаженной на него притычкой с пробкой передвигается вперед

и закрывает шпуровое отверстие. Прикрыв шпур, через полминуты вновь поворачивают рукоятку крана и оттягивают шток поршня

висходное положение. Вынув из гнезда штока использованную при­ тычку, вставляют в него новую притычку с пробкой и пушка готова

кработе. .Для ускорения наводки пушки служат расположенные на направляющей балке фиксаторы, с помощью которых каретка пушки устанавливается точно против шпурового отверстия.

Чтобы закрыть шпур вручную, нужен большой навык плавиль­ щика. Притычку подводят к шпуровому отверстию и резким движе­ нием затыкают шпур пробкой. Для того чтобы глина плотнее запол­ нила шпур, притычку подбивают легкими ударами кувалды. Пробку

втечение полминуты прижимают притычкой к втулке. За это время глина подсохнет в шпуре и сама будет сдерживать давление расплав­ ленных продуктов.

Обычно шпур закрывают три человека, из которых двое наво­ дят притычку, а третий подбивает ее кувалдой. Для облегчения наводки притычки относительно шпурового отверстия ее помещают

150