Описание установки

Установка представляет собою емкость с измерительной разметкой, выполненную из оргстекла (1) и заполненную жидкостью известной плотности. В верхней части емкости расположена дутьевая минифурма (2) с устройством (3), позволяющим изменять угол падения струи относительно поверхности жидкости. Продувка расплава осуществляется с помощью компрессора. Расход воздуха определяется по перепаду давления на диафрагменном комплекте (4).

Порядок выполнения работы

Собрать установку, соединив с помощью шлангов необходимые измерительные приборы с компрессором. Проверить работоспособность и надежность соединений установки кратковременным включением компрессора.

Установить фурму в вертикальное положение. Измерить расстояние от насадки до поверхности жидкости и диаметр насадки.

Установить перекидной клапан в положение «сброс». Включить компрессор и установить глубину погружения струи 2 мм с помощью перекидного клапана. Измерить доступные для измерений величины, входящие в выражения для критериев  и Аr:

Р₁ – давление дутья, измеряется с помощью U-образного жидкостного манометра с водяным заполнением;

х – высота расположения насадки над поверхностью жидкости, измеряется в мм с помощью метрической линейки и по измерительной сетке;

d – диаметр насадки, мм;

h – глубина погружения струи в слой жидкости, мм;

D – диаметр кратера. Несмотря на то, что диаметр кратера D измерить затруднительно, следует сделать замер и результат сравнить с расчетным диаметром;

_ж – плотность жидкости, кг/м³, измеряется взвешиванием точно измеренного объема жидкости (при опытах на воде _ж = 1000 кг/м³, раствор хлористого цинка _ж = 1350 кг/м³, раствор Клеричи _ж = 4000 кг/м³).

Далее увеличить расход дутья и довести глубину погружения до 4 мм. Ориентируясь на величину глубины погружения, повторить все измерения с шагом 2 мм до предельно возможного значения – h.

Аналогичный эксперимент применить для исследования истечения струи под углом  к поверхности ванны ( = 45, 60, 70 и 80).

Полученные данные свести в таблицу.

№		Р1	h	D	Ar	

Построить и аппроксимировать критериальную зависимость  = f(Аr).

Работа 9. Моделирование электрического поля электрической печи для обеднения шлаков при различных вариантах состава шлака

При переработке сульфидного медно-никелевого сырья автогенными способами получаются шлаки с высоким содержанием цветных металлов. Такие шлаки необходимо дополнительно подвергать обеднению в электропечи (ЭП), температурный режим которой регулируется силой тока, пропускаемого через расплав. Силу тока можно изменять величиной подаваемого напряжения, глубиной погружения электродов в расплав, подбором состава шлака с различным электрическим сопротивлением.

Все эти параметры взаимосвязаны на основании законов Джоуля-Ленца и Ома.

Количество тепла, выделяемого при превращении электрической энергии в тепловую, определяется уравнением: Q = kI²R,

где Q – количество тепла, Дж; I – сила тока, протекающего через данное сопротивление, А; R – величина сопротивления, Ом;  – время, сек; k – тепловой эквивалент электроэнергии (k = 17,525 Дж/Вт).

Так как по закону Ома произведение IR равно напряжению U, то уравнение можно преобразовать, выразив энергию в киловатт-часах.

Q = 10^-3IU

Поскольку 1 кВтчас эквивалентен 3600 кДж, то количество тепла, выделенного за  часов, составит: Q = 3,6IU кДж

Электропроводность расплавленного шлака оказывает решающее влияние на электрический режим. Она в значительной мере зависит от состава шлака и температуры расплава. На рисунке 9 показано, что с повышением содержания FeO в шлаке электропроводность расплава резко возрастает. MgO, CaO, Al₂O₃ мало влияют на электропроводность шлака. Диоксид кремния, снижает электропроводность, особенно при высоких концентрациях.

Изменение состава шлака приводит к изменению вязкости, и для поддержания жидкотекучести шлака 10-20 Пз следует повысить температуру расплава.

П ри постоянном фазовом напряжении, если изменяется электропроводность шлака, необходимо изменять глубину погружения электродов в расплав. При повышении электропроводности, связанной с увеличением содержания оксида железа в шлаке, возрастает сила тока. Для сохранения заданной мощности печи и температуры приходится уменьшать глубину погружения электродов в шлак.

С изменением глубины погружения электродов перераспределяется поток тепла в расплаве, что сказывается на производительности печи. Для поддержания оптимальной мощности печи и оптимального погружения электродов в печи изменяют ступени напряжения трансформаторов.

Для трансформации трехфазного тока применяют три однофазных или один трехфазный трансформатор.

Количество тепла, выделяемого за  часов в ванне электропечи, оснащенной одним трехфазным трансформатором с номинальной мощностью Р_ном, кВА, при его нагрузке до этого значения вычисляется по формуле:

Q = 3,6Р_ном    соs

Q = 3,6  U_лин  I_лин    соs = 6,235 U_лин  I_линсоs, кДж

где соs = 0,97-0,98 – коэффициент мощности.

Обеднительные электропечи принимают расплавленный шлак и не расходуют тепло на плавку твердой шихты, за исключением небольшого количества сульфидизатора.

Расплавленный конвертерный шлак отличается высоким содержанием оксидов железа и высокой электропроводностью, которая при прочих равных условиях приводит к увеличению силы тока. Это требует при проектировании увеличивать диаметр электродов и, соответственно, площадь пода печи, что приводит к понижению удельной мощности печи и усиленному настылеобразованию на подине. При эксплуатации во избежание перегрузки электродов и трансформаторов приходится уменьшать глубину погружения электродов. Понижение напряжения позволяет снова погружать электроды.

Цель работы. Установить соответствие температурного режима электропечи и различного по составу шлака.