Способ управления процессом получения фосфора в электротермической печи

 

Изобретение относится к способам управления процессом получения фосфора в электропечи. Цель изобретения - снижение потерь фосфора с шлаком и феррофосфором. В процессе работы производят дозировку шихты в печь и поддерживают заданный электрический режим изменением положения электродов и переключением ступеней напряжения печного трансформатора .. Периодически производят корректировку восстановителя в шихте по формуле Y У„ + 4,22-10 Ш-(С Сз ) () Q где Y - коо ч Fe личество восстановителя, определенное в предыдущий период; Ш - количество шпака; С р - содержание Р, Og в шлаке; С - оптимальное содержание PjOj в шпаке, определенное пр формуле C,j К-PJI, где Р - фактическая усредненная мощность печи; Кип - коэффициенты; о „р и «/ - коэффициенты, соответствующие прогнозируемому и фактическому содержанию кремния в феррофосфоре; Qp -количество железа в исходной шихте. 4 ил, 1 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

8155 А1

„„SU„„ (594C 01 В 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

J3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3974455/22-02 (22) 27.09.85 (46) 07.02.87. Бюл. Ф 5 (71) Ленинградский государственный научно-исследовательский и проектный институт основной химической промыпленности (72) М.P.Êîíåâñêèé, М..П.Арлиевский, Г.М.Жилов, В.Н.Ковалев, M.È.Ëèôñîí, В.А.Корнелаев, В.В.Шкарупа и M.Ä.Àòàáàåâ (53) 66.012-52(088.8) (56) Технология фосфора./Под ред.

В.А.Ершова., — Л.: Химия, 1979, с. 144-146.

Авторское свидетельство СССР

У 922066, кл. С 01 В 25/00, 1980. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОРА В ЗЛЕКТРОТЕР1ИЧЕСКОЙ ПЕЧИ (57) Изобретение относится к способам управления процессом получения фосфора в электропечи. Цель изобретения — снижение потерь фосфора с шлаком и феррофосфором. В процессе работы производят дозировку шихты в печь и поддерживают заданный электрический режим изменением положения электродов и переключением ступеней напряжения печного трансформатора.. Периодически производят корректировку восстановителя в шихте по формуле Y = Y, + 4 22 10 Ш.(С

С) + („,— с „): Я, где Y, - количество восстановителя, определенное в предыдущий период; Ш вЂ” количество плака; С, — содержание Р О и 5 в шлаке; С вЂ” оптимальное содержание P О в шлаке, определенное по формуле С. = К- P ", где Є— фактическая усредненная мощность печи;

К и n — коэффициенты; „, и 4 коэффициенты, соответствующие прогнозируемому и фактическому содержанию кремния в феррофосфоре Я -ко е личество железа в исходной шихте.

4 ил, 1 табл.

8155 2 в шлаке в зависимости от мощности печи по формуле

С„= КР„ где К и n — эмпирические коэффициЕнты,зависящие от типоразмера печи, прогнозирование содержания кремния в феррофосфоре по заданному оптимальному значению Р О в шлаке;сравнение полученных усредненных значений соотВетственно с заданным оптимальным содержанием P О в шла2 5 ке и прогнозным содержанием кремния в феррофосфоре; корректировку и дозирование количества восстановителя в шихте, исходя из формулы

Y, = Y + 4,22 х 10 Ш (С вЂ” С )+ с и (2) где Y, — содержание углерода (кокса) на 100 кг фосфорита после корректировки, кг;

Y — предыдущее содержание углерода (кокса) на 100 кг фосфорита в исходной шихте, загружаемой в печь;

Ш вЂ” количества шлака, образующегося на 100 KF фосфорита от первоначальной загрузки до корректировки;

С„- среднее фактическое содержание P О в шлаке до кор5 ректировки шлака, 7;

С вЂ” заданное оптимальное содер-. з жание Р О в шлаке, определенное по усредненной мощности печи;

oL„, — коэффициент, зависящий от прогнозируемого содержания кремния в феррофосфоре; коэффициент, соответствующий фактическому усредненному значению соцержания кремния в феррофосфоре; — весовое количество железа

Fe в исходной шихте, приходящейся на 100 кг фосфорита, кг .

Устройство (фиг. 1, электрическая часть показана для одной фазы, для 20 других она аналогична) содержит ванну фосфорной печи 1, в которую через течки 2 (показана одна, на самом деле их девять, причем в центральной течке соединены три), электрод

3, трансформаторы 4 тока, являющиеся датчиками тока электрода, переключатель 5 ступеней напряжения печ- . ного трансформатора 6, регулятор

7 электрического режима, блок 8 перемещения электрода, блок 9 управления дозаторами шихты, дозаторы 10, блок 11 контроля Р 0 в шлаке, интегратор 12, блок 13 сравнения оптимального и фактического содержаний 35

Р О B шлаке, задатчик 14 оптимального содержания РдО в шлаке, блок

15 коррекции восстановителя, блок

16 контроля содержания кремния и феррофосфора, блок 17 сравнения прог- 40 нозного и фактического содержаний кремния в феррофосфоре, блок 18 контроля температуры, блок 19 определения положения торца электрода, блок

20 сравнения заданного и фактичес- 45 кого расстояний электрод — под, блок 21 управления положением электрода.

50! 128

Изобретение относится к электротермии, в частности к способам управления процессом получения фосфора в электропечи.

Целью изобретения является увеличение выхода фосфора за счет снижения потерь фосфора со шлаком и феррофосфором.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 — зависимость между содержанием P 0 в шлаке и Si в феррофосфоре; на фиг. 3 — зависимость между содержанием Si и Р в феррофосфоре; на фиг. 4 — зависимость величины сС от содержания кремния в феррофосфоре.

Способ предусматривает, в частности измерение фактической активной мощности печи; определение количества образовавшегося шлака; усреднение полученных значений мощности эа выбранный временной период; усреднение фактического значения содержания Р О шлаке и кремния в феррофосфоре за это время, задание оптимального содержания Р 0

Кроме того, величину рабочего тока ограничивают, исходя из формулы

I = 51 С, (3) где Ið, — рабочий ток электрода, кА; п — величина, зависящая от номинальной мощности печи.

Соотношение формулы (1) между содержанием Р О„. н шлаке и рабочей мощ1288 ностью печей основано на результатах исследований, в коде которых установлено, что значение коэффициента К должно быть в пределах 0,07-0,3.Значение 0,07 предложено для печей номинальной мощностью 24-48 МВА, а 0,3 для печей 70-80 ÌÂÀ.

Величину п также выбирают в зависимости от мощности печи. Установлено, что для печей мощностью до f0

48 МВА n = 0,69, а для печей мощностью 70-80 МВА n = 0,39.

При соблюдении величин, указанных коэффициентов и соотношений, предусмотренных формулой (1), поддержи- f5 вают минимальное содержание P 0 в

5 шлаке, при котором сохраняется нормальный электротехнологический режим работы этих печей.

В основу предлагаемого способа 20 положены результаты исследований из которых следует, что максимальное количество кокса, которое можно ввес,ти в шихту фосфорных печей (для достижения максимальной степени восстановлении фосфора), а следовательно и минимально достижимые остаточные содержания Р20 в шлаке зависят от рабочей мощности печи. Эта зависимость выражается формулой (1). 30

Если повысить дозировку кокса в шихте так, что содержание Р 0 в шлаке, станет меньше, чем предусматривается формулой (1), то в печи накапливается не успевший прореагировать кокс, произойдет зауглероживание ванны, что приведет к замедлению схода шихты, превышению допустимых токов в электродах и снижению производительности печи. 40

Когда содержание Р О 5 больше чем предусмотрено формулой (1) возникнут повышенные потери фосфора со шлаком и феррофосфором, которых можно избежать. Таким образом, задаваемые 45 по формуле (1) содержания Р 0 в

2 5 шлаке являются оптимальными для конкретной рабочей мощности фосфорной печи и система управления должна поддерживать этот параметр на задан- 50 ном уровне.

Согласно способу в соответствии с конкретным оптимальным содержанием Р О в шлаке производят дози5 ровку кокса, но при этом вводят поправку, позволяющую учесть степень развития побочной реакции восстановления кремния и соответственно коли155

4 чество кокса, которое необходимо для проведения этой реакции.

Поправку вводят на том основании, что по мере увеличения количества кокса в шихте и снижения остаточных содержаний Р О в шлаках растет а 5 степень восстановления и кремния, который переходит в феррофосфор.

Это графически выражается в виде saвисимости (фиг. 2) между содержаниями РОЮ в шлаке и Si в феррофосфо ре. Кривая (фиг. 2) отражает зависимость для фосфорных печей ОКБ-640 мощностью 24 МВА, а для фосфорных печей РКЗ-48ФМ2, РКЗ-72ФМ! РКЗ-80Ф81 большей мощности характер зависимости остается аналогичным, но отличается в количественном отношении °

Кроме того, установлена зависимость между содержанием кремния и фосфора в феррофосфоре, которая является прямолинейной (фиг. 3).

Установление такой зависимости позволяет выявить снижение растворимости фосфора в феррофосфоре-при переходе в него кремния. Способ, в частности, позволяет испольэовать это явление путем создания условий перехода кремния в сплав и снижения потерь фосфора при оптимальных параметрах процесса.

На зависимости (фиг. 1) основан прогноз содержания кремния в феррофосфоре в зависимости от задаваемого оптимального содержания Р20„, в шлаках. Дополнительное количество углерода, необходимое для восстановления соответствующего количества кремния, учитывается путем введения в формулу (2) коэффициента aL.

Зависимость величин о(от содержания кремния в феррофосфоре приведена на фиг. 4.

Для того, чтобы уменьшить потери фосфора с феррофосфором, предлагае- . мый способ предусматривает поддержание кремния в фосфоре в пределах

5-15Х. Если Si меньше 5Х, феррофосфор насыщен фосфором настолько, что он переходит в атмосферу цеха во время выпуска сплава из печи, а когда больше 15Х, то это связано с переходом избыточного количества кремния в газовую фазу в фосфорной печи,что увеличивает количество шлама. В соответствии с допустимыми пределами по кремнию о должно находиться в пределах 0,036 вЂ, 123.

1288155

Величина рабочего тока I, = 51

«С (3) ограничивается для того, чтобы повысить надежность работы самоспекающегося электрода, так как плотность тока в электроде не должна превышать допустимой величины,для печей РКЗ-72ФМ1 должна быть не более 3,8 А/см

Зависимость допустимого тока электрода от номинальной мощности печи отражается через величины С„ (содержание Р О в шлаке) и зависит от величины показателя степени и,.

Так, и . для печей РКЗ-48ФМ2 рав- но 0,725, а для печей большой мощности (PX3-72ФМ1 и РКЗ-80ФИ1) п, 1,28, это означает, что ток электрода не должен превышать для этих печей 66-68 кА и 84-86 кА соответственно. При соблюдении этого условия процесс коксования самоспекающегося электрода происходит нормально.

Более подробно рассматривают осуществление способа на применение работы фосфорной печи РК3-48ФМ2.. Эта печь имеет три самоспекающихся электрода диаметром (d ) 1400 мм, расположенных по треугольнику, с диаметром расплава (Э ) 4000 мм в ванне, имеющей круглую форму, с внутренним диаметром (D ) 8500 мм и высоЬ той 4200-4750 (на разных печах).

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Шихта, состоящая из фосфорита, кварцита и кокса в указанных соотношениях приготавливается в дозаторном отделении и затем по конвейеру поступает в печные бункера и загружается в ванну фосфорной печи.

Пусть выбраны следующие параметры процесса: рабочая мощность печи

P = 35 ЬВт, ток электрода I 51 кА, ступень напряжения печного трансформатора с напряжением 414 В,. cos Y

= 0,961. Температура под крышкой печи в пределах 260-400 С. Отношение высоты подэлектродного пространI ства к диаметру электрода должно поддерживаться в пределах h 0,700,85, что для данной ванны печи обеспечит погружение конца электрода в углеродистую зону-. Под действием тепла, возникающего в результате протекания тока по электродам, происходит расплавление шихты и возгонка фосфора. В процессе плавления осуществляется контроль за параметрами

6 электровозгонки (измерение актив-. ной и реактивной мощности электропечи или отдельных фаз, измерение тока электродов (Т ) и напряжений электрод — под .положение электро—

f держателя и контроль температуры отходящих газов и давления под крышкой печи и т.д. который осуществляется с помощью приборов и систем автоматического регулирования. Через определенное количество потребленной электроэнергии осуществляют выпуск шлака при большой рабочей мощности печи (более 40 МВт) выпуск шлака производится непрерывно. Раз в 1 сут выпускается феррофосфор, но йе реже чем через 1000-1100 МВт потребляемой энергии.

Для уменьшения потерь фосфора с феррофосфором задаются содержание фосфора в феррофосфоре не более 23Х, а содержание кремния в нем 5-15Х.

Контроль за заданным режимом осуществляется следующим образом. Ток

25 электрода измеряется токовыми трансформаторами 4 и величина, пропорциональная ему, поступает в регулятор

7 электрического режима и в блок 19 определения расстояния электрод— под. На вторые входы регулятора 7 и блока 19 поступает сигнал, пропорциональный напряжению электрод— под, с печного трансформатора 6, имеющего переключатель 5 ступеней

35 напряжения (являющийся датчиком номера ступени). В качестве регулятора электрического режима используется .регулятор Фоскар. В регуляторе фактические значения тока электрода (I ) и напряжения V ) сравниваются

Э с заданными значениями (I и Ч,,) „ и в случае разбаланса с регулятора 7 поступают управляющие сигналы F или F в блок 8 перемещения элек45 трода и на переключатель 5 ступеней напряжения печного трансформатора 6. ! . В зависимости от знака рассогла-. сования блок 10 перемещает электрод вверх или вниз, а переключатель 5 уменьшает или увеличивает номер ступени печного трансформатора. Сигнал, пропорциональный фактическому. положению расстояния электрод — под (h,„), определенное в блоке 19, сравнивается с заданным значением (блок

20) и в случае разбаланса (Ь ) через блок 21 управления поступает в регулятор 7.

128

Контроль температуры под крышкой печи осуществляется блоком 18. В случае превышения заданной температуры (не более 400 С) сигнал с блока

18 поступает в регулятор 7, который выдает сигнал на уменьшение напряжения. Когда температура установится в заданном пределе, регулятор выда— ет команду на возврат прежнего номера ступени печного трансформатора.

Таким образом, регулирование электрического режима в основном происходит за счет перемещения электродов и переключения ступеней напряжения. Иногда, вследствие ограничений в часы максимума нагрузки или из-за неисправности оборудования, прихо- .. дится рабочую активную мощность изменять. В этом случае требуется откорректировать и параметры процесса электровозгонки.

Оптимальное содержание P 0 в шпаке определяется блоком 14 следующим образом.

Пример. Средняя рабочая мощность за смену составляет 30 МВт/ч.

Этот сигнал поступает в блок 14, где реализуется формула

С = КР = 0,74 (3)

Затем сигнал поступает в блок 13 сравнения.

Из графиков (фиг. 2, 3) определяют, что поддержание такого содержания Р О в шлаке соответствует

6,5Х кремния и 227. фосфора в феррофосфоре. Соответственно, значение коэффициента с „ из графика (фиг. 4) равно 0,05.

B момент слива шлака или вскоре после его слива (зависимости от выбранного способа анализа) определяется содержание Р О в шлаке, которое осуществляется блоком 11.Предположим, что за 1 смену сделают три анализа и фактическое содержание

P 05 в шлаке составляет 2,5; 2,8;

2,67. В блоке 12 происходит усреднение полученных результатов за выбранный промежуток времени (смена) и на выходе его появляется сигнал, пропорциональный среднему значению

2,63Х. Этот сигнал в блоке 13 срав-, нения сравнивается в заданным Р О

= 0,74 и сигнал разбаланса поступает в блок 15 коррекции, на вход которого поступают также сигналы, пропорциональные отклонению фактическоОпределение веса шлака (кг) на

100 кг фосфорита: (100 — 23,9 + 27,0 + 12 7 х

50 - 100 х 0 114) = 107 3, где 100 — вес фосфорита;

23,9 — вес Р О в 100 кг фосфорита;

27,0 расход кварцита на 100 кг фосфорита," расход кокса на 100 кг фосфорита;

8155 8 го содержания кремния в феррофосфоре от прогнозного, и о количестве шлака, а также сигнал, пропорциональный содержанию железа в исходной шихте. Формирование этих сигналов происходит по-разному и неоднозначно.Так сигнал о фактическом содержании кремния в феррофосфоре может определяться при сливе феррофосфора, 10 если время усреднения выбрано сутки или более. Если оно меньше, то анализ содержания кремния.в феррофосфоре осуществляют по корольку при сливе шлака.

15 Практически в блоке 17 сравнения реализуется уравнение (d „; „)

Значения фактического о ч, определяют по графику (фиг..4). Например, фактическое содержание кремния в

20 феррофосфоре равно 2 . Следовательно,фактическое содержание фосфора в феррофосфоре велико и составляет более 273,т.е больше допустимого значения, а значение сК, = 0,035.

Следовательно, в блок 15 -поступят два сигнала на проведение корректировки: по каналу содержания Р>0> в шлаке (йС) и по каналу контроля качества феррофосфора (h,Û ).

В блоке 15 реализуется уравнение, по которому происходит коррекция восстановителя, т.е. приведенная формула

Y = Y, +422.10 Ш (С вЂ” С) +

+ (< „-g )i p

Весовое количество шпака можно определить взвешиванием его при сливе, а затем пересчитать на 100 кг

40 фосфорита (расход фосфорита регистрируется на весевой станции) или с помощью уровнемера расплава, зная конструктивные размеры ванны.Можно определить его также, исходя из сос, тава шихты.

9 128815

97,4 — содержание всех компонентов эа вычетом содержания РО,,X.

Вес железа (кг) в исходной шихте, приходящейся на 100 кг фосфорита, определяют по формуле

Способ управления процессом получения фосфора в электротермической печи, включающий анализ и дозировку шихтовых материалов, регулирование электрического режима плавки, путем отработки возмущений перемещением электродов и/или переключений ступеней напряжения, анализ состава феррофосфора, контроль содержания пятиокиси фосфора в шлаке и корректировку шихты, отличающийся тем, что, с пелью снижения потерь фосфора со шлаком и феррофосфором, предварительно усредняют зависимость между содержанием пятиокиси фосфора в шлаке и кремния в феррофосфоре, измеряют фактическую активную . рабочую мощность печи, количество образовавшегося шлака, усредняют их за заданный промежуток времени, определяют оптимальное содержание пятиокиси фосфора в шлаке в зависимости от фактической усредненной активной мощности печи, по полученному оптимальному содержанию пятиокиси фосфора в шлаке прогнозируют содержание кремния в феррофосфоре, усредняют фактическое значение содержания пятиокиси фосфора в.шлаке и кремния в феррофосфоре за этот же промежуток времени, сравнивают их соответственно с оптимальным содержанием пятиокиси фосфора в шлаке и прогнозным содержанием кремния в феррофосфоре и корректируют количество восстановителя в шихте по формуле

Y=V +4,2210 Ш:(С,— С)+

+ (ПР Р) Яре, где Yь — предыдущее количество восстановителя в шихтовых материалах в пересчете

5 на 100 кг фосфорита, кг;

Ш вЂ” количество образовавшегося шпака, усредненное за выбранный промежуток времени, в пересчете на

100 кг фосфорита, кг;

С вЂ” фактическое усредненное за тот же промежуток времени содержание пятиокиси фосфора в шлаке, Х;

С вЂ” оптимальное содержание пятиокиси фосфора в шлаке, определенное по фактической усредненной мощности печи, Х; (100 С + g С +

<е кЬ ре () 7,0 ° 10 З

КЬ вЂ” расход кварцита и кокса на 100 кг фосфорита соответственно, кг;

t II 1!

С„,С, С вЂ” содержание железа в фосфорите, квар- 15 ците и коксе соответственно, кг.

При этом Q = 1,3. Тогда скорректированное количество углерода на 100 кг фосфорита равно Y

13,426 кг, соответственно в пере:счет1 на, кокс (содержание углерода в котором 0,863) получают". 13,426/

/0,853 = 15,74 кг. После осуществления указанной корректировки содержание P Î в шлаке составляет 0,76Х, т.е. погрешность

0,02Х. Фактическое содержание кремния в феррофосфоре при этом 6,3Х, а содержание фосфора в феррофосфоре

22Х, т.е. все параметры находятся в заданных пределах.

Потери фосфора при известном способе управления и предлагаемом показаны в таблице. 35

50

55.Из таблицы видно, что потери фосфора уменьшаются более чем в два раза, а состав феррофосфора аналогичен ферросиликофосфору, применяемому в металлургии.

При поддержании способа управления основным ограничивающим фактором должно быть ограничение по предельно допустимому току электрода, которое определяется по формуле

I = 51-Р", у1 т.е. при токе электрода больше 66кА на печах РКЗ-48ФМ2 необходимо изменить электрический режим, если это нельзя сделать эа счет изменения напряжения, чтобы уменьшить ток элек трода, необходимо уменьшить мощность печи, перезадав соответственно оптимальное содержание P О в шлаке и

5 состав побочного продукта — феррофосфора. На печах большей мошности поступают аналогично.

5 10

Формула изобретения

1288155 ния кремния в феррофосфо" ре;

Ы вЂ” коэффициент, соответствующий прогнозируемому содержанию кремния в феррофосфоре;

«, — коэффициент, соответству- 5 ющий фактическому усредненному значению содержаколичество железа в исходной шихте в пересчете на

100 кг фосфорита кп.

Наименование статьи потерь

Общие потери P 05 со шлаком на 100 кг фос- 100,3 2,63 2,8 100,3 0 76 0,81 форита, кг 100 100

Потери фосфора со шлаэагружаемой в 2,8 печь шихты, . 23, 93,4

1,8

1,8

Содержание фосфора в феррофосфоре, 22

Потери фосфора с феррофосфором.на 100 кг фосфорита, кг () Общие потери фосфора со шлаком и феррофосфором, Количество выпущен-. ного феррофосфора на 100 кг фосфорита, кг

Способ

Известный Предлагаемый

1,8 0,27 = Oi486 1,8 0,22 = 0,396 (4,6) (3,8) 11,7 + 4,6 = 16,3 3,4 + 3,8 = 7,2

1288155

28,0

24,0 гго 8 (gal а

76Q i,а

1Р,О го,о ко во юа zo ца що во

Фиг Ю

Оц

012

os

070 оою оов

007

° Оаг

005 оое

0И

50 10 70 80 90 100 1/О 12О 730 14,0 150 а/ Sc pep

Фиг.4

Составитель В.Этинген

Редактор Н.Гунько Техред Л.Сердюкова Корректор Е.Сирохман

Заказ 7767/20 Тирах 477 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Умгород, . ул. Проектная, 4