Практика процесса электроплавки
Шихта, поступающая на восстановительную электроплавку, состоит из закиси никеля и восстановителя. Кроме того, в электропечь загружают различные оборотные материалы.
В настоящее время процесс электроплавки закиси никеля осуществляется в периодическом и полунепрерывном режиме. В периодическом режиме работают дуговые электропечи Норильского и Южно-Уральского комбинатов, в полунепрерывном – печи комбинатов «Североникель».
В периодическом режиме плавки пять последовательных операций: – подготовка печи к плавке;
– загрузка шихты и наплавление ванны науглероженного металла;
– окисление избытка углерода в металле закисью никеля (доводка металла);
– скачивание шлака;
– грануляция никеля либо разливка в изложницы.
Средняя продолжительность плавки составляет 4–6 ч.
Плавка закиси никеля в периодическом режиме заканчивается выдачей всего металла из электропечи.
Операция доводки представляет собой обезуглероживание металлов в целях получения никеля, кондиционного по содержанию углерода. Обезуглероживание производят закисью никеля. Забрасывают закись никеля в печь вручную через рабочее окно в места наибольшего кипения ванны, главным образом под электроды. Это способствует наилучшему перемешиванию и усвоению закиси никеля. Конец доводки или готовность металла определяют по характеру излома и внешнему виду поверхности контрольной ложечной пробы. На операцию доводки затрачивается 30–60 мин. Расход закиси никеля при доводке изменяется в широких пределах – от 1,2 до 2,5 т на плавку.
Несмотря на низкую производительность печи при доводке расход электроэнергии достаточно высок, что объясняется необходимостью перегрева большой ванны металла. Поэтому необходимо сокращать время доводки путем более точной шихтовки восстановителя. Сокращение расхода закиси никеля, загружаемой при доводке, позволяет снизить расход электроэнергии на 1 т никеля.
Шлак с поверхности металла скачивают через рабочее окно. Оставшийся на поверхности металлической ванны шлак свертывают закисью никеля или магнезитовым порошком. Для снижения потерь никеля со шлаками в виде запутавшихся корольков металла закиси никеля необходимо получать подвижный жидкотекучий шлак.
По окончании плавки готовый металл разливают малой струей в изложницы или гранулируют.
К основным недостаткам периодического режима плавки, снижающим производительность печи и повышающим удельный расход электроэнергии, можно отнести следующие:
1. Большое время простоев, связанное с подготовкой печи к включению и с розливом металла (полезно используется 78–80 % рабочего времени).
2. Низкая степень использования трансформатора (в среднем за плавку 50–60 %, в период его работы – до 70 %), что объясняется прежде всего тем, что в начале плавки на холодной шихте печь не может брать максимальную токовую нагрузку.
Полунепрерывный режим плавки закиси никеля отличается от периодического прежде всего системой загрузки шихты в электропечь. Подача шихты идет непрерывно от момента включения печи до начала доводки. Скорость подачи шихты в печь регулируют производительностью питателя. Шихту грузят на жидкую ванну. Подача шихты на жидкую ванну и отсутствие шихтовых откосов в печи позволяют контролировать химический состав металла в процессе плавки и оперативно корректировать содержание углерода в нем изменением соотношения компонентов шихты. Поэтому процесс ведут таким образом, чтобы состав металла в печи в течение всей плавки был близок по содержанию углерода к готовому и чтобы операция доводки занимала незначительное время. При надежной системе дозировки составляющих шихты операция доводки чистой закисью может оказаться вообще излишней.
Такая организация процесса предполагает по мере накопления в печи металла производить его доводку и розлив части никеля в изложницы. После розлива печь продолжает работать в режиме плавки, шихту грузят на оставшийся в ванне металл.
При использовании полунепрерывной плавки улучшается один из основных показателей работы печи – коэффициент использования мощности трансформатора. Наличие в печи жидкой ванны позволяет быстро в течение 5–10 мин выбрать максимальную токовую нагрузку.
Внедрение полунепрерывной плавки позволило, благодаря ликвидации простоев и сокращению непроизводительной работы электропечи, повысить коэффициент использования ее под током с 65–70 % (при периодическом режиме) до 90 %. Время, затрачиваемое на подготовку печи, сокращается до 10–15 мин вместо 30–40 мин при периодическом режиме.
Полунепрерывный режим позволяет увеличить кампанию печи. Резкие температурные колебания в печи, характерные для периодического режима, снижают стойкость огнеупорной футеровки. Наличие металла в ванне при полунепрерывном режиме позволяет избежать резких изменений температуры и удлинить межремонтный период.
Достоинством рассматриваемого режима плавки является и резкое снижение безвозвратных потерь никеля при плавке. Периодический режим плавки сопровождается в отдельные периоды интенсивным выделением газов, выносящих из печи большое количество пыли, близкой по составу к закиси никеля. Особенно большое газовыделение наблюдается в тех случаях, когда вследствие боковой загрузки откосы шихты обрушиваются в расплавленный металл. Загрузка шихты на жидкую ванну позволяет избежать значительного пылевыноса.
Вследствие перехода на полунепрерывный режим работы электропечей их производительность возросла на 37 %.
Металлический никель, выплавляемый в дуговой электропечи, содержит кобальт, медь, железо, серу и углерод. Концентрация металлов, а также серы определяется химическим составом закиси никеля, поступающей в электропечь, концентрация углерода – технологическим режимом плавки.
В зависимости от химического состава металл, получаемый в электропечи, выпускают в виде огневого товарного никеля марок НЗ и Н4 или подвергают электролитическому рафинированию. На 1 т никеля при электроплавке расходуют: электроэнергии, кВт·ч – 1 300; графитовых электродов, кг – 15–18; коксика, кг – 150–160; известняка, кг – 5–4.
Огневой никель при выпуске из электропечи гранулируют, сушат и в виде гранул отправляют потребителю. Химический состав гранулированного никеля марки Н3, получаемого в электропечах следующий, %: 98,6 Ni + Со; 0,5–0,55 Со; < 0,6 Сu; до 0,01 С; 0,03 S; до 0,5 Fе.
Наиболее вредной примесью в огневом никеле является сера. Увеличение ее содержания выше 0,03 % может значительно ухудшить механические свойства никеля.
В связи с тем, что закись никеля – основная составляющая шихты дуговых электропечей – не содержит окислов пустой породы, то восстановительную электроплавку закиси никеля можно считать практически бесшлаковой. Наибольшее количество шлака образуется в электропечи из золы восстановителя и в результате частичного ошлакования футеровки печи. Выход шлака при электроплавке в зависимости главным образом от состава восстановителя и добавок флюса составляет 5–9 %. Основу электропечных шлаков составляет окись магния МgО, глинозем А12О3, окись кальция СаО и кремнезем SiO2. Кроме этих компонентов, в шлаке содержатся механически запутавшиеся в нем корольки цветных металлов и твердой закиси никеля. Содержание цветных металлов в шлаке зависит от состава закиси никеля и готового никеля, а также от состава шлака, его вязкости и температуры плавления, от условий ведения технологического процесса. Примерный химический состав шлаков, получаемых при электроплавке закиси никеля, приведен в табл. 8.5.
Высокая концентрация цветных металлов в шлаках связана в основном с плохим отстаиванием жидких фаз. Для уменьшения механических потерь никеля и кобальта необходимо снижать вязкость шлака, повышать его жидкотекучесть, увеличивать время отстаивания. Вязкость шлака можно уменьшить путем его перегревания. Поэтому перед скачиванием шлак необходимо перегреть, после чего отключить печь и сделать выдержку для более полного разделения жидких фаз.
Таблица 8.5
Примерный химический состав электропечных шлаков
| Комбинат | Химический состав, % | |||||
| Ni | Со | SiO2 | MgO | СаО | FеО | |
| «Североникель» | 7–10 | 0,8–1 | 42–45 | 10–12 | 3–5 | 9–11 |
| Норильский | 8–9 | 0,7–0,9 | 24–28 | 8,5–9,5 | 25–30 | 12–13 |
| ЮУНК | 7–8 | 0,01 | 38–40 | 10–11 | 25–26 | 2–3 |
| Буруктальский | 10–13 | 3–5 | 30–35 | 12–13 | 5–6 | 10–12 |
Другим путем уменьшения вязкости шлака и снижения содержания цветных металлов является изменение его состава путем подачи в электропечь флюса – известняка. Но это приводит к увеличенному выходу шлака и, следовательно, к возрастанию абсолютных потерь цветных металлов со шлаком. В то же время наличие шлаковой ванны способствует максимальному использованию тепла дуги для нагрева металла и благоприятно сказывается на электрическом режиме работы печи.
Добавлять флюс в электропечь целесообразно в таком количестве, которое позволит получить небольшое, но достаточное для покрытия всей ванны количество шлака. В среднем пылевынос при электроплавке закиси никеля составляет 3–5 % Состав пыли, %: 66–75 Ni; 5–10 С; 0,5–1,0 SiO2; 0,1–1,0 МgО.
Для выплавки анодного и гранулированного никеля применяют электрические печи с зависимой дугой. Тепло выделяется при горении дуги между угольными электродами и металлом. Печи круглого сечения стандартные, дуговые, закрытые, трехфазные, с тремя электродами, их емкость 6–10 т
Газы, образующиеся в процессе плавки закиси никеля, состоят из СО, CO2, N2, О2 и паров воды.
Азот и кислород попадают в печь вместе с воздухом. Окись и двуокись углерода образуются в результате восстановительных реакций, при горении электродов, пары воды – при испарении влаги восстановителя и других влажных составляющих шихты.
Количество и состав электропечных газов зависит от продолжительности плавки и герметизации печи. Через неплотности в своде в печь попадает холодный воздух, который разбавляет печные газы. При этом значительно снижается температура отходящих газов. Для уменьшения потерь тепла с отходящими газами необходимо сокращать объем просасываемого воздуха путем герметизации свода и поддержания в подсводовом пространстве печи минимального разрежения (1,0–1,5 мм вод. ст.). Состав газов на входе в дымовую трубу (ЮУНК), % (объем.): 2,73 СО2; 12,82 О2; 84,45 N2. Объем отходящих газов 28,2 м3/с.
Рис. 8.3. схема электропечи с зависимой дугой
Вместе с отходящими газами из печи выносятся мелкие частицы закиси никеля. Количество выносимой пыли зависит от гранулометрического состава и условий загрузки шихты, разрежения в газоходной системе и ряда других факторов. Наибольший пылевынос происходит в первый период плавки, когда интенсивно идут реакции восстановления, сопровождающиеся обильным газовыделением. Особенно значителен пылевынос при периодической загрузке шихты в печь.
Отличие этих печей от сталеплавильных заключается в основном в конструкции узлов загрузки шихты, вывода технологических газов из печного пространства.
Электропечи для плавки закиси никеля имеют цилиндрическую форму. Кожух внутри выложен огнеупорной кладкой. Плавильное пространство печи закрывается сводом. В центре свода имеется отверстие для загрузки шихты. Для выпуска металла служит летка и футерованный сливной желоб. На противоположной от летки стороне расположено загрузочное окно.
Переработка никелевых файнштейнов завершается получением огневого никеля.
Медно-никелевый файнштейны подвергают переработке с целью разделения меди и никеля на богатые медный и никелевый концентраты.
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 21; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!