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

Одновременно с выбивкой старой кладки стен и с уборочными рабо­ тами ремонтируют отдельные узлы механического и электротехни­ ческого оборудования электропечи. В период капитального ремонта заменяют деформированные колонны крепления печи, ставят новые тяги, подсводовые балки и переходные решетки. Ремонтируют ленточные и скребковые транспортеры, устанавливают новые загру­ зочные трубы, заменяют на новые кессоны водяного охлаждения стен печи, приводят в порядок систему газоудаления и вентиляцион­ ные устройства. В токоподводящей системе печи электрослужба ре­ монтирует шинопакеты, обновляет их изоляцию, ставит новые гиб­ кие проводники (шлейфы), токоведущие водоохлаждаемые трубы и контактные щеки. Наряду с этим на пульте управления печью и на главной и печной подстанциях проводят ревизию и ремонт высоко­ вольтного и низковольтного коммунитационного оборудования.

Помимо перечисленных работ, во время капитального ремонта ведутся и такие, для осуществления которых необходим длительный простой печи. К числу таких работ относится изменение основных конструктивных элементов печи и ее электрооборудования, например увеличение высоты . подсводового пространства, толщины стенок печи, изменение узлов крепления печи, замена печных трансформа­ торов более мощными и т. д.

После окончания ремонта элементов крепления печи (колонн и тяг) и возведения боковых и торцовых стен приступают к постройке опа­ лубки для свода* Опалубку настилают на кружала, которые уста­ навливают на вертикальных стойках из бревен. Кладкой свода завершаются футеровочные работы на электропечи. Во время капи­ тального ремонта печи приводят в порядок штейновые и шлаковые рабочие площадки: заменяют новыми сгоревшие во время аварий опорные балки, заново бетонируют и футеруют площадки огнеупор­ ным кирпичом.

Качество выполнения ремонтных работ проверяет начальник электропечного передела и составляет акт. Весь комплекс ремонтных работ без замены подины до начала разогрева занимает примерно 20—30 дней, при замене подины — 60 дней. Демонтажные и монтаж­ ные работы ведутся круглосуточно по сетевому графику, предусма­ тривающему строгую последовательность работ и четкую организацию труда. Всех рабочих — технологов, участвующих в капитальном ремонте печи, распределяют по бригадам в 10— 12 человек, из кото­ рых 6—8 человек работают на выбивке кладки и настыли, а остальные занимаются уборкой. Когда же начинается укладка футеровки, вся бригада обслуживает каменщиков. Работой руководит бригадир, хорошо знающий практику ремонта. Ответственность за организацию труда в бригадах и качество футеровочных работ несет старший мастер электропечного передела;

Ремонт металлоконструкций электропечи выполняют обычно подрядные организации. Контроль за ходом и качеством выполне­ ния этих работ осуществляет главный механик цеха, а общее руко­ водство ремонтом — начальник электропечного передела и началь­ ник цеха.

191

Во время капитального ремонта особое внимание уделяют соблю­ дению правил техники безопасности. Перед началом ремонта все рабочие получают инструктаж по технике безопасности п знако­ мятся с безопасными приемами труда на рабочих местах. Сжатые сроки капитального ремонта вызывают необходимость в одновремен­ ной работе на нескольких участках и узлах печи, причем на раз­ ных отметках по высоте. Например, электрики могут работать на

Сначала электропечь сушат дровами и коксом. Дрова загружают -в печь через отверстия в загрузочных трубах, которые специально прорезают на период разогрева. Расход дров на сушку составляет 350—400 м3. Сушка печи дровами и коксом длится двое-трое Суток, затем в печь заливают несколько ковшей отвального или конвертер­ ного шлака из работающей печи и конвертеров, и печь включают под напряжение.

Подъем мощности осуществляют согласно графику режима разо­ грева печи (рис. 86). На третий день разогрева в печь загружают бедную малосернистую руду, гранулированный или дробленый от­ вальный шлак, причем первые четверо суток—не более 20—30 т шихты в смену. К выпуску шлака приступают на шестой-седьмой день.

После пуска в работу шлакового шпура вскрывают штейновый шпур (обычно средний). С повышением нагрузки увеличивают коли-

192

чество загружаемой в печь твердой шихты и конвертерного шлака. Повышая мощность, постепенно поднимают уровень общей ванны печи. По достижении максимальной мощности операция разогрева считается законченной, и печь вступает в период рабочей эксплуа­ тации.

Обычно продолжительность разогрева печи составляет 25—30 суток. В период разогрева наблюдают за состоянием подины, про­ меряя подовую настыль под электродами. В случае проплавления настыли в каком-либо участке печи до пода, то туда загружают повышенное количество шихты.

Когда температура в кладке подины достигает 600 °С (термопара заглублена на 400 мм), включают вентиляторы и подают холодный воздух в каналы воздушного охлаждения подины. В дальнейшем температуру подины поддерживают на уровне 600—650° С.

При правильно проводимом режиме разогрева печи температура . кладки подины повышается в среднем на 0 ,8 — 1 град/ч, а боковых стенок — на 1— 1,5 град/ч. Режим разогрева с быстрым поднятием мощности отрицательно влияет на состояние огнеупорной футе­ ровки печи, так как отдельные участки кладки неравномерно про­ греваются, в них возникают значительные внутренние напряжения,' приводящие к растрескиванию огнеупоров.

Во время разогрева, как и при пуске новой печи, большое вни­ мание уделяют надзору за связями крепления печи. По мере расши­ рения кладки необходимо постепенно ослаблять сжатие-компенси­ рующих пружин, надетых на концы связей (тяг).

В период разогрева в печь следует загружать шихту с минималь­ ным содержанием влаги, так как даже незначительный «хлопок» может привести к обрушейию нового, еще неошлаковавшегося свода.

На комбинате «Североникель» электропечи после капитального ремонта разогревают несколько иначе. По данным. Н. И. Грань, электропечь в течение двух суток разогревают дровами, при этом температура кладки достигает 250—270° С. (Температуру кладки печи измеряют термопарой, установленной в шлаковом шпуре на расстоянии 150 мм от внутренней поверхности кладки.) Затем на подину печи загружают кокс слоем 800—1000 мм и включают печь при рабочем напряжении. 380 В. Электропечь в этот период (около суток) работает, на режиме открытой дуги, очень неспокойно. По­ требляемая мощность колеблется от 2 до 8 МВт.

Вдальнейшем для обеспечения более спокойной работы ее пере­ ключают (до конца разогрева) на напряжение 288 В. Последующие двое суток печь потребляет мощность 3—5 МВт/ч.

Вконце пятых суток после разогрева в печь заливают 260 т кон­ вертерного шлака и мощность печи постепенно поднимают до 10 МВт. Во избежание перегрева шлака его периодически выпускают через шлаковый шпур и заливают новые порции шлака. К началу заливки шлака в печи остается много кокса, который, восстанавливая закись железа, металлизирует шлаковый расплав и вызывает отложения тугоплавкого железистого сплава на подине. Чтобы предотвратить появление настыли из этого сплава, которая может затруднить

вскрытие штейновых шпуров, в печь заливают штейн. Штейн хорошо

На девятые сутки разогрева в печь загружают твердую шихту, затем печь переключают на напряжение 480 В и постепенно подни­ мают рабочую мощность до 18—20 МВт.

Контроль за тепловым расширением кладки осуществляют при помощи реперов, устанавливаемых на углах кожуха электропечи на уровне стыка подины и боковых стен. При одном из разогревов печи ее длина увеличилась за счет теплового расширения на ПО— 120 мм, ширина — на 90—100 мм. Всего на разогрев было израсхо­ довано 430 м3 дров, 30 т кокса, 229,5 тыс. кВт-ч электроэнергии.

§ 33. Технический контроль электроплавки

Для получения высоких технико-экономических показателей процесса электроплавки руд и концентратов большое значение имеет правильно организованный контроль производства. Задача технического контроля производства состоит в том, чтобы путем регулярного определения главнейших технологических параметров электроплавкп обеспечить соблюдение установленного производ­ ственного режима и создать возможность для быстрейшей ликви­ дации его нарушений. Процесс электроплавки руд и концентратов осуществляется в соответствии с режимной технологической картой, определяющей основные параметры производства. В связи с этим при электроплавке тщательно контролируют количество и качество исходных и конечных продуктрв плавки, расход электроэнергии, температурный режим печи, уровень общей и штейновой ванны, состояние подины печи, эксплуатацию электродов и т. д. Важней­ шим является контроль количества и качества материалов, посту­ пающих в электроплавку, а также и продуктов плавки. Поступаю­ щие в плавку материалы взвешивают на железнодорожных весах; при подаче материала ленточными транспортерами — на автомати­ ческих конвейерных весах.

Для определения химического состава сырья, поступающего в плавку, его опробуют либо механическим пробоотборником, либо вручную, путем отсечения через равные промежутки времени части струи материалов. Из отобранных материалов составляют среднюю пробу за смену и сутки. Пробы анализируют на содержание полез­ ных металлов, важнейших, шлакообразующих окислов и на влаж­

ность.

Выданные из печи жидкие продукты плавки обычно учитывают по количеству наполненных ковшей за данную смену или сутки. Количество штейна или шлака в ковше периодически проверяют

отвального шлака, 10—20 т оборотного конвертерного шлака. При гидротранспортировке отвальных шлаков (грануляции) выход шла­ ков определяют расчетным путем. Жидкие продукты плавки опро­ буют, отбирая специальной ложкой несколько проб во время выпуска

194

их в ковши, шлаковозные чаши или на грануляцию. Для получения пробы усредненного состава жидкие продукты необходимо опробо­ вать в начале, середине и конце выпуска расплава в ковши или чаши. Отбирать пробы, черпая расплав из ковша, запрящается, так как из-за расслоения расплава такая проба не будет отображать средний состав шлака или штейна. Пробы продуктов плавки анали­ зируют: штейн — на содержание никеля, меди, кобальта; отваль­ ный шлак— на содержание никеля, меди кобальта, MgO и S i02.

Для определения потерь металлов с отходящими газами необ­ ходимо знать количество отходящих газов и их запыленность. Ко­ личество отходящих из печи газов определяют при помощи пневмометрических трубок, позволяющих фиксировать динамический напор газа в газоходе. По величине динамического напора рассчитывают скорость газа; по значению скорости и сечению газохода можно определить количество печных газов. Пробы газов для определения запыленности отбирают с помощью пылеулавливающей установки путем фильтрации газов через специальный фильтр. Пыль, уловлен­ ную на фильтре, взвешивают и ее массу делят на объем прошедших

.через фильтр газов. Запыленность рассчитывают в граммах на 1 м3 /газа. Запыленность определяют перед . пылеулавливающими установками и после них, у входа в дымовую трубу.

Результаты количественных и качественных определений исход­ ных и конечных продуктов плавки используют не только для опе­ ративного технологического контроля, но и для составления еже­ месячных материальных балансов, по которым определяют важней­ шие технико-экономические показатели электроплавки.

Сменный и суточный расход электроэнергии определяют по показаниям электрических счетчиков (ваттметров), установленных на пульте печи и на главной заводской подстанции. Температурный режим электроплавки контролируют, замеряя температуру про­ дуктов плавки, а также температуру кладки подины под всеми элек­ тродами и боковых стенок на уровне штейновой и шлаковой ванн. Температуру расплавленных продуктов плавки замеряют оптическим пирометром, температуру кладки печи — термоэлектрическими пи­ рометрами • (термопарами). Показания термопар регистрируются указывающими и самопишущими приборами. Максимальныезна­ чения температуры в замеряемых точках устанавливаются режимной картой эксплуатации электропечи. Согласно действующим режим­ ным картам электроплавки температура отвальных шлаков не должна превышать 1500° С, температура штейна 1300° С, темпера­ тура кладки на глубине 400 мм от наружной поверхности подины 700° С, температура боковых стен 800° С (при заглублении термопары на 350 мм). Уровень жидких продуктов плавки в печи устанавли­ вают в соответствии с режимной картой электропечи, исходя из конструктивных особенностей печи и наилучших технико-экономи­ ческих показателей процесса электроплавки. Для контроля за со­ стоянием подины печи под электродамипериодически промеряют глубину расплавленной ванны стальным, ломиком, опускаемым в расплав через зазор между электродом и сводом.

§ 34. Тепловой баланс электроплавки

Тепловым балансом печи называется сопоставление прихода и расхода тепла. Его составляют в виде таблицы, в которой пере­ числяют все статьи прихода и расхода тепла. По закону сохране­ ния энергии приход тепла должен равняться его расходу. В табл. 24 приведен тепловой баланс электропечей отечественных медно-нике­ левых комбинатов (данные Гппроникеля, 1964— 1965 гг.) при работе на мощностях 27,4—29,4 МВт.

В приходной части баланса основным является тепло, выделяе­ мое при преобразовании электрической энергии в тепловую. Как следует из табл. 24, доля этого тепла составляет 73—76%. При переработке в электропечах конвертерных шлаков последние при­ носят с собой значительное количество тепла. На комбинате «Печенганикель» при переработке в электропечах конвертерного шлака в количестве 30% от массы твердой шихты доля тепла, вносимого шлаком, составляет 21,1%. Много тепла выделяется в электропечи за счет экзотермических реакций (окисление углерода восстанови­ теля и электродов, серы). В тепловом балансе электропечей Но­ рильского комбината и комбината «Североникель» эта статья соот­ ветственно составляет 18,9 и 13,2%.

В расходной части баланса главным является тепло, уносимое продуктами плавки: шлаком, штейном, газами. На расплавление и перегрев штейна и шлака расходуется 59—64% тепла, с газами уносится 20,6—31,5% тепла.

Эффективность тепловой работы печи принято оценивать тепло­ вым или термическим коэффициентом полезного действия

проплав и другие технико-экономические показатели работы элек­ тропечи. Электропечи для плавки медно-никелевых руд и концен­ тратов имеют термический к. п. д. в пределах 64—70%. В балансах, приведенных в табл. 24, термический к. п. д. равен64,1, 61,9 и 66,4%.

При проектировании новых и эксплуатации действующих-элек­ тропечей стремятся повысить значение термического к. п. д., сни­ жая бесполезный расход тепла и увеличивая за счет этого долю полезного расхода тепла. Необходимо не допускать бесполезного перегрева штейна, шлака, газов, обеспечить тепловую изоляцию печи, работать на максимальной мощности (с ростом мощности тер­ мический к. п. д. возрастает). Важнейший резерв повышения к. п. д. электропечной установки — снижение количества отходящих газов за счет уменьшения подсоса воздуха в печь. Для этого необходимо иметь герметичный свод электропечи.

196

Тепло жидкого отвального шлака можно использовать для тепло­ фикации завода. На рис. 87 показана схема установки для исполь­ зования тепла отвальных шлаков, которая с 1950 г. успешно экс­ плуатируется на комбинате «Печенганикель».

Установка работает следующим образом: выпускаемый из элек­ тропечи щлак при 1350—1450° С поступает по кессонйроваиному желобу на грануляцию, которая осуществляется оборотной водой

снапором струи 2,5 ат. Гранулированный шлак по желобу поступает

вприемник и оседает на его дне, а нагретая шлаком вода переливается

по трубе в отстойник и далее поступает в цистерну-аккумулятор,

/

Рис. 87. Схема теплоустановки комбината «Печенганикель» :

1 — электропечь; 2 — желоб для грануляции шлака; 3 — приемник гранулированного шлака; 4 — отстойник; 5 — водонапорная башня; 6 — теплообменник; 7 —цистерна-аккумулятор; 8 — труба; 9 — jiafcoc

где нагревает в теплообменниках воду для душевых установок и отопления бытовых помещений завода. Охлажденная в аккумуля­ торе вода отсасывается насосом и подается на грануляцию. Осевший

вприемнике и отстойнике шлак гидроэлеваторами транспортируется

вшлаковый отвал. Вода на гидроэлеваторы приемника и отстойника поступает от насосной станции через водонапорную башню. Тепло­ вая мощность установки 8 -ІО6 ккал/ч, к. п. д. теплоустановки 35%. В смену теплоустановку обслуживают два человека.

Г л ав а VIII

те х н и к о - э к о н о м и ч е с к и е

ПО К А З А Т Е Л И (Э Л Е К Т Р О П Л А В К И

М Е Д Н О -Н И К Е Л Е В Ы Х [РУД И К О Н Ц Е Н Т Р А Т О В I

Количественные и качественные результаты электроплавки руд и концентратов определяются совокупностью- технико-экономиче­ ских показателей. К числу важнейших показателей процесса элек­ троплавки относятся: производительность печи, удельный расход электроэнергии, извлечение металлов в штейн, расход вспомогатель­ ных материалов, использование печи под нагрузкой.

198

/

§ 35s Производительность электропечей

Производительность электропечи — важнейший показатель ее работы, зависящий от мощности >и степени использования печных трансформаторов; химического состава сырья, т. е. от соотношения количества сульфидов и пустой породы; качества подготовки шихты к плавке; метода ее загрузки; технического состояния печи; опыта работы технического персонала; продолжительности простоев печи без подачи тока. Суточную производительность электропечи рас­ считывают по следующей формуле:

п_ Р - 24 cos фК 1 К 2

А’

вых руд и концентратов определяется мощностью печных трансфор­ маторов и составляет 18000—50000 кВА. С ростом мощности печи, естественно, увеличивается приход тепла и возрастает ее плавильная способность. ■ '

Производительность печей различной мощности принято сравни­ вать по величине суточного проплава, который приходится на ка­ ждые 1000 кВА установленной мощности печных трансформаторов. Так, при суточном проплаве 840 т и установленной мощности печных трансформаторов 300*00 кВА проплав на 1000 кВА составит 840 : 30 =

— 28 т/1000 кВА в сутки. В'зависимости от состава проплавляемого сырья и значения коэффициентов К х и К г показатель суточногопроплавана 1000 кВА установленной мощности может изменяться в широких пределах. В 1971 г. суточный проплав твердой шихты на 1000 кВА установленной мощности составил на комбинате «Печенганикель» 25,2 т, на «Североникеле» 29,3 т.

При постоянной мощности печи решающее значение на ее про­ изводительность оказывает химический состав шихты. Наиболее тугоплавки малосернистые руды и концентраты (алгомерат, ока­ тыши) с высоким содержанием MgO (18—22%). Легче всего пла­ вится многосернистое сырье с малым содержанием MgO (13— 15% S, 8 —10%' MgO). Так, при содержании в шихте 20% MgO суточный проплав электропечи мощностью 20000 кВА составляет 550 т, а при содержании 11% MgO 700 т, т. е. в 1,27 раза больше.

199

Производительность электропечи во многом зависит от способа подготовки шихты к плавке. Плавка подсушенной шихты, агломе­ рата или обоженных окатышей обеспечивает большую производи­ тельность электропечи, чем плавка неподготовленного сырья. Осо­ бенно хорошие результаты дает переработка горячего огарка и агло­ мерата. Для получения максимального проплава система загрузки шихты в электропечь должна соответствовать качеству проплавляе­ мого материала. Для сухой крупнокусковой руды наиболее эффек­ тивна центральная система загрузки, для агломерата — система загрузки на «электрод», при наличии в-шихте большого количества влажной мелочи — центральная заТрузка с откосом малой высоты (см. § 26).

Большое влияние на производительность электропечи имеет тех­ ническое состояние печи: оснащенность ее совершенными регулято­ рами мощности и загрузочными устройствами; автоматизация си­ стемы перепуска электродов; надежная конструкция арматуры шпуровых отверстий, обеспечивающая безаварийный выпуск про­ дуктов плавки; надежная система охлаждения элементов печи, обеспечивающая продление кампании печи, и т. д.

§ 36. Удельный расход электроэнергии

Удельным расходом электроэнергии называется количество элек­ троэнергии, расходуемое на плавление одной тонны твердой шихты. Для определения удельного расхода электроэнергии количество киловатт-часов электроэнергии (кВт-ч), израсходованное на плавле­ ние шихты за отрезок времени (смена, сутки, месяц и т. д.), делят на проплав за тот же период. Например, за смену проплавлено' 275 т шихты и израсходовано 192 500 кВт-ч электроэнергии. Удель­ ный расход электроэнергии составит 192500 : 275 = 700 кВт-ч/т.

Удельный расход электроэнергии при плавке медно-никелевых руд и концентратов изменяется в широких пределах и зависит от химического состава шихты, способа подготовки шихты к плавке, ее крупности и влажности, системы'загрузки шихты, мощности элек­ тропечи, величины рабочего напряжения, высоты шлаковой ванны. Решающее значение на величину удельного расхода электроэнергии оказывйет химический состав шихты и способ ее подготовки к плавке. Чем больше легкоплавких сульфидов содержится в шихте электро­ плавки-, тем меньше тепла необходимо затратить на ее плавление. Так, агломерат с содержанием 5% серы требует для своего плавле­ ния^ 620 кВт-ч/т, а с содержанием 11% серы — 525 кВт-ч/т. Чем меньше содержится в шихте сульфидов и больше тугоплавких окис­ лов, особенно окиси магния, тем выше удельный расход электро­ энергии на ее плавление.

Зависимость удельного' расхода электроэнергии от содержания окиси магния в отвальном шлаке (при выходе штейна 35—40% и шлака 100% от массы твердой шихты) приведена в табл, 25 (по дан­ ным комбината «Печенганикель»).

200