ПЕЧЬ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ПЛАВКИ СУЛЬФИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЖИДКОЙ ВАННЕ Российский патент 1997 года по МПК F27B17/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к устройствам для непрерывной плавки сульфидных материалов в жидкой ванне.

Известна конструкция печи, состоящая из прямоугольной шахты, кессонированного пояса с фурмами, подины, устройств для загрузки шихты, приспособлений для выпуска шлака и штейна, отделенных от шахты вертикальными перегородками, не доходящими соответственно: первая до уровня штейна, вторая до подины печи и сообщающихся, таким образом, с шахтой с помощью перетоков (авторское свидетельство СССР N 813102, МПК F 27 В 3/00).

Недостатком данной конструкции является низкая производительность из-за нестабильной службы перетоков между шахтой и приспособлениями для выпуска жидких продуктов плавки из печи, особенно для выпуска штейна часто перекрываемых подовыми настылями, а также из-за повышенных потерь ценных компонентов с отвальным шлаком, что обусловлено невозможностью использования обедняющих эффектов электролиза шлаковой ванны и электрокапиллярного движения.

Наиболее близкой к предлагаемой печи является печь для непрерывной плавки сульфидных материалов в жидкой ванне, содержащая прямоугольную шахту, кессонированный пояс с фурмами, подину, приспособления для выпуска жидких продуктов плавки, сообщающиеся с шахтой с помощью перетоков, при этом приспособление для выпуска шлака снабжено электродами (авторское свидетельство N 1316367, кл. F 27 В 17/00).

Недостатком такой конструкции, так же как и указанных выше аналогов, является низкая производительность из-за нестабильной службы перетоков между шахтой и приспособлениями для выпуска жидких продуктов плавки, особенно для выпуска штейна из печи, часто перекрываемых подовыми настылями, а также из-за повышенных потерь ценных компонентов с отвальным шлаком, что обусловлено невозможностью использования обедняющих эффектов электролиза шлаковой ванны и электрокапиллярного движения.

Действительно, наличие в известном устройстве трех электродов свидетельствует о том, что приспособление для выпуска шлака представляет собой обычную трехфазную шлаковую электропечь (электроотстойник) переменного тока, для которой помимо отсутствия полезных эффектов постоянного тока характерны недостаточный прогрев подэлектродной зоны и связанное с этим избыточное настылеобразование на подине. Поскольку оба перетока находятся в нижней части, как подфурменной, так и подэлектродной зон, а следовательно, на значительном удалении от высокотемпературных областей выделения тепла, а высота переточных окон ограничена, то последние подвержены зарастанию и перекрытию подовыми настылями. Это особенно относится к штейновому перетоку, который находится ближе к подине печи и высота окна которого меньше.

Зарастание и перекрытие переточных окон настылями приводит к горячим простоям печей и, следовательно, снижению их производительности и увеличению энергозатрат. Размыв настыли и вскрытие перетоков требуют времени и специальных средств, так как конструкцией печи эти процедуры не предусмотрены.

Заявляемое изобретение направлено на повышение производительности печи за счет обеспечения возможности стабильной работы перетоков между шахтой и приспособлениями для выпуска жидких продуктов плавки, а также за счет снижения потерь ценных компонентов с отвальным шлаком вследствие использования обедняющих эффектов электролиза шлаковой ванны и электрокапиллярного движения.

Отмеченный выше технический результат достигается тем, что в известной печи для непрерывной плавки сульфидных материалов в жидкой ванне, содержащей прямоугольную шахту, кессонированный пояс с фурмами, подину, приспособления для выпуска жидких продуктов плавки, электроды, подключенные к источнику тока, согласно заявляемому изобретению электроды, подключенные к одному полюсу источника тока, установлены в приспособлении для выпуска шлака, а электроды, подключенные к противоположному полюсу источника тока, установлены в приспособлении для выпуска штейна.

На чертеже показана заявляемая печь для непрерывной плавки сульфидных материалов в жидкой ванне. Печь содержит прямоугольную шахту 1, устройство 2 для загрузки шихты, кессонированный пояс 3 с фурмами 4, подину 5 печи, газоход 6 для эвакуации технологических газов, приспособление 7 для выпуска шлака, сообщающееся с шахтой печи с помощью перетока 8 и снабженное электродами 9, подключенными к одному полюсу источника тока, например, положительному; приспособление 10 для выпуска штейна, сообщающееся с шахтой печи с помощью перетока 11 и снабженное электродами 12, подключенными к другому полюсу источника тока, например, к отрицательному. Потенциал на электроды подается через контактные щеки 13 источника питания. Электроды 9 погружены в шлаковый расплав 14, а электроды 12 погружены в штейновый расплав 15.

Печь работает следующим образом.

Шихта непрерывно загружается в шахту печи через устройство 2 на поверхность расплава энергично барботируемого слоя шлако-штейновой эмульсии в области кессонированного пояса. Подача воздушно-кислородного или кислородного дутья осуществляется через фурмы 4. При этом в расплаве выше уровня фурм происходит интенсивное плавление шихты и окисление сульфидов, а в подфурменной зоне шлак промывается дождем крупных сульфидных капель, осаждающихся из верхней зоны на подину 5 печи. Шлак непрерывно поступает через переток 8 в приспособление 7, которое обогревается электроэнергией, вводимой с помощью электродов 9, дополнительно обедняется по цветным металлам и выводится из печи. Штейн также непрерывно удаляется из печи через приспособление 10. Уровень расплава в печи регулируется путем изменения высоты сливных порогов приспособлений для выпуска жидких продуктов плавки.

На поверхностях кессонированных перегородок в расплаве намерзает неэлектропроводная настыль, поэтому электрический ток между электродами 9 и 12 протекает в шлако-штейновом расплаве, проходя полностью через переток 8 и 11.

В нормальном режиме донные слои расплава достаточно прогреты, переточные окна полностью свободны от настылей, а штейновый и шлаковый слои хорошо разделены. При этом электрический ток в переточных окнах протекает преимущественно через штейн, удельная электропроводность которого много больше, чем у шлака. В этом случае электрическое сопротивление расплава минимально и при фиксированной силе тока источника джоулево тепло, выделяющееся в перетоках, также минимально.

При отклонении режима от нормального (снижение температуры донных слоев расплава, низкий уровень штейна в печи др.) разделение слоев штейна и шлака ухудшается, шлак проскакивает в штейновый переток, и, поскольку температура затвердевания шлака выше, чем у штейна, это создает условия для усиленного настылеобразования, постепенного зарастания и перекрытия настылью штейнового перетока. одновременно этот процесс увеличивает удельное электрическое сопротивление шлако-штейновой смеси в перетоке и уменьшает площадь сечения последнего. Это приводит к увеличению электрического сопротивления перетока и при фиксированной силе тока источника к увеличению выделения джоулева тепла в перетоке, что препятствует настылеобразованию, способствует размыванию настыли и поддержанию переточного окна в нормальном рабочем состоянии.

Как уже сказано, в первую очередь избыточному настылеобразованию подвержен штейновый переток. Однако аналогичный процесс с запаздыванием может происходить и в шлаковом перетоке. Механизм поддержания шлакового перетока в рабочем состоянии полностью повторяет описанный выше.

При протекании постоянного тока через шлаковый расплав в устройстве для выпуска шлака в результате электролиза происходит дополнительное обеднение шлака, при котором частицы металлов выделяются из химического раствора и вместе с остальными каплями металлов, содержащимися в шлаке, под действием сил тяжести и электрокапиллярных сил оседают на подине печи.

За счет раздельной установки электродов разной полярности в приспособлениях для выпуска шлака и штейна зона растекания тока существенно смещается вниз, приближаясь к подине, что приводит к повышению температуры в нижних слоях ванны, особенно в узкой зоне перетока 8 и, следовательно, позволяет исключить его перекрытие настылями.

Таким образом, заявляемая конструкция позволяет увеличить производительность печи как за счет дополнительного извлечения ценных металлов в результате электролиза и действия электрокапиллярных сил, так и вследствие предотвращения избыточного настылеобразования, приводящего к горячим простоям печи.

Полярность электродов, количество и размещение электродов в приспособлениях для выпуска жидких продуктов плавки, электрические параметры установки определяются, исходя из конструктивных и режимных параметров печи и составляют предмет "ноу-хау" к заявляемому изобретению.

Пример конкретной реализации заявляемого изобретения.

Исследования проводили на опытной печи Ванюкова РОЭМЗ Гинцветмета проектной производительностью 50 т/шихты сутки, с площадью пода 2,1 м² (ширина рабочего пространства 0,7 м, длина 3 м) и высотами окон шлакового перетока 600 мм, штейнового перетока 400 мм. В приспособлениях для выпуска штейна и выпуска шлака были установлены по одному электроду диаметром 200 мм, при этом в приспособлении для выпуска шлака был установлен электрод, подключенный к положительному полюсу источника тока, а в приспособлении для выпуска штейна установлен электрод, подключенный к отрицательному полюсу источника тока.

Номинальные (максимальные) значения электрических параметров источника тока: сила тока 1700 А, напряжение 230 В, модность 400 кВт.

В печи перерабатывали медный концентрат, содержащий, мас. 14,4 меди, 28,9 железа, 10,0 диоксида кремния, 32,9 серы.

В таблице приведены результаты экспериментальных исследований зависимости показателей работы печи от применения предлагаемой конструкции.

Как следует из данных, приведенных в таблице, при выполнении конструкции печи согласно изобретению производительность печи значительно увеличилась (примерно в 1,6 раза) при одновременном уменьшении потерь ценных металлов с отвальным шлаком.

Использование: изобретение относится к устройствам для непрерывной плавки сульфидных материалов. Сущность: печь для непрерывной плавки сульфидных материалов содержит прямоугольную шахту, кессонированный пояс с фурмами, подину, устройство для выпуска шлака, в котором установлены электроды, подключенные к одному полюсу источника тока, и устройство для выпуска штейна, в котором установлены электроды, подключенные к противоположному полюсу источника тока. 1 ил., 1 табл.

Печь для непрерывной плавки сульфидных материалов в жидкой ванне, содержащая прямоугольную шахту, кессонированный пояс с формами, подину, приспособления для выпуска жидких продуктов плавки, электроды, подключенные к источнику тока, отличающаяся тем, что электроды, подключенные к одному полюсу источника тока, установлены в приспособлении для выпуска шлака, а электроды, подключенные к противоположному полюсу источника тока, установлены в приспособлении для выпуска штейна.