Электропечь постоянного тока преимущественно для восстановительного плавления оксидов

 

Сущность изобретения: электропечь постоянного тока для восстановительного плавления отходов, включающих в себя оксиды металлов, содержащая под, боковые стены, электроды, один из которых является анодом, а другой - катодом, расположенным вертикально, свод с загрузочным окном. Загрузочное окно расположено в малом сегменте, ограниченном хордой, проведенной через центр анода под прямым углом относительно линии, соединяющей анод и катод, и боковой стенкой печи. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электрометаллургии, в частности к восстановительному получению металлов из отходов металлургии.

Известна электродуговая печь постоянного тока для восстановительного плавления, имеющая боковые стены, свод с одним или несколькими полыми графитовыми электродами и под с установленным в нем подовым электродом. При этом верхний электрод является катодом, а подовый электрод - анодом. Загрузка шихты и восстановителя производится непосредственно в зону горения дуги через один или несколько полых электродов-катодов.

Известна также электродуговая печь постоянного тока аналогичной конструкции, в которой шихта подается, помимо полых электродов, через загрузочное окно, расположенное в своде печи вблизи катода.

Недостатком печи является то, что загрузка шихты производится в зону горения дуги, т.е. в межэлектродный промежуток. Электропроводность отходов, содержание металлов в которых в виде оксидов, как правило, не превышает 20-30% , в несколько раз ниже электропроводности шихты, традиционно используемой для восстановительного плавления в таких печах. Загрузка такой низкоэлектропроводной шихты в межэлектродный промежуток ведет к резкому снижению токовой нагрузки соответственно к нестабильному горению дуги, а также к ее постоянному обрыву. Это приводит к значительному увеличению времени расплавления и повышению энергозатрат.

Наиболее близким к заявляемому является вариант электропечи постоянного тока для восстановительного плавления, имеющей под, боковые стены, свод с загрузочным окном и двумя верхними графитовыми электродами, один из которых является анодом, а другой - катодом. После загрузки шихты на под печи подают напряжение на электроды и осуществляют расплавление электродом-катодом при одновременном поддержании постоянного контакта с шихтой электрода-анода. Дальнейшая подача шихты может производиться в зону горения дуги электрода-катода через загрузочное окно, расположенное в своде печи.

К недостаткам данной электропечи, принятой за прототип, относится то, что в данной электропечи загрузка шихты производится либо на всю площадь пода путем отворота свода, либо под катод через загрузочное окно, расположенное в свое печи со стороны катода. При низкоэлектропроводной и теплопроводной шихте, что характерно для большинства отходов, содержащих оксиды металлов, процесс расплавления носит нестабильный характер и приводит к низкой производительности печи.

Цель изобретения состоит в стабилизации тока нагрузки, снижения энергозатрат и повышении производительности. Кроме того, стоит задача максимально возможного удаления фосфора и серы за счет перевода их в газовую фазу.

Это достигается тем, что в известной электропечи постоянного тока для восстановительного плавления отходов, включающих в себя оксиды металлов, содержащий под, боковые стены, электроды, один из которых является анодом, а другой - катодом, расположенные вертикально, свод с загрузочным окном, загрузочное окно расположено в малом сегменте, ограниченном хордой, проведенной через центр анода под прямым углом относительно линии, соединяющей анод и катод и боковой стенкой печи.

На фиг.1 и 2 представлена предлагаемая печь; на фиг.3 - графики токовой нагрузки в зависимости от размещения загрузочного окна.

Электропечь содержит под 1, боковые цилиндрические стены 2, вертикально расположенные анод 3, катод 4, проходящие через свод 5 с размещенным в нем загрузочным окном 6, над которым установлен бункер 7. Анод и катод подключены к источнику 8 постоянного тока.

Работает электропечь следующим образом.

В шлаковом расплаве, полученном в электропечи из отходов, содержащих оксиды металлов, последние находятся в виде анионов металлов Ме⁺ и катионов кислорода О₂^-. При погруженных в шлаковый расплав электродах под действием постоянного электрического тока анионы металлов диффундируют к катоду, где восстанавливают и оседают на подину печи в виде металлов. Катионы же кислорода, а также серы и фосфора, которые, как правило, содержатся в большинстве отходов, диффундируют к аноду и, взаимодействуя между собой, выделяются на нем в виде газов. Участок наиболее интенсивного движения шлакового расплава наблюдается в зоне анода. При периодической или непрерывной подаче шихты под анод в зону интенсивного движения шлакового расплава (в дальнейшем "анодная зона") газовый поток, проходя сквозь шихту, обеспечивает предварительный нагрев части шихты, находящейся над расплавом, и частичное восстановление металлов из его оксидов, а интенсивным движением расплава - его подплавление снизу с последующим перемешиванием со всем расплавом.

Загрузку шихты необходимо производить в анодную зону так, чтобы не нарушить при этом шлаковую ванну между анодом и катодом, через которую протекает основная доля тока и в которой выделяется основная тепловая энергия. Исходя из этого, часть анодной зоны, расположенная в сторону катода, для загрузки шихты неприемлема. На фиг.2 указаны три варианта I-III размещения загрузочного окна. Представленные на фиг.3 графики тока нагрузки в зависимости от размещения окна, полученные во время опытных плавок, наглядно демонстpируют преимущество варианта I. В этом случае подаваемая шихта практически не попадает в запретную "анодную зону", а расплавление шлака осуществляется при постоянном токе нагрузки (график I на фиг.3).

Удаление загрузочного окна от варианта 1 на угол свыше 45^о ведет к попаданию части шихты в "запретную анодную зону", ток нагрузки после загрузки шихты снижается на 20-30% по сравнению с номинальным и далее повышается по мере расплавления шихты (график II фиг.3). При размещении загрузочного окна (вариант III) вне сегмента, ограниченного боковой поверхностью и хордой, проведенной перпендикулярно к линии, соединяющей электроды, происходит почти полное перекрытие "анодной зоны", резко снижается (в 2-3 раза ток нагрузки после загрузки шихты (график III фиг.2) и соответственно увеличиваются время расплавления и энергозатраты.

Серия опытных плавок, результаты которых отражены в таблице, с различным расположением загрузочного окна и полярностью электрода, загружаемого шихтой, подтвердила целесообразность размещения загрузочного окна в зоне, прилегающей к аноду.

Плавки 1-3 были проведены с подачей шихты со стороны катода, остальные - при подаче шихты в "анодную зону". Плавки 4-6 проведены при расположении загрузочного окна (фиг.2, I, II), плавки 7 и 8 при расположении загрузочного окна на линии, проведенной под прямым углом через центр анода (фиг.1, IV), плавки 9 и 10 - при расположении загрузочного окна за указанной линией. Из таблицы видно, что при загрузке шихты под электрод-анод время расплавления по сравнению с загрузкой под катод снижается в среднем на 8%, а расход электроэнергии на 14%.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОПЕЧЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ПЛАВЛЕНИЯ ОКСИДОВ, включающих металлы, содержащая под, боковые стены, электроды, один из которых является анодом, а другой катодом, расположенные вертикально, свод с загрузочным окном, отличающаяся тем, что загрузочное окно расположено в малом сегменте, ограниченном хордой, проведенной через центр анода под прямым углом к линии, соединяющей анод и катод, и боковой стенкой печи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4