Исследование работы погруженных в шлаковый расплав металлических электродов с целью создания нерасходуемого электрода для многошлаковых электропечей медноникелевого производства
Применение нерасходуемых электродов (НЭ) предполагает исключение эксплуатационных расходов по статьям графитированных электродов или электродной массе, позволит избежать затрат на наращивание самоспекающихся электродов, улучшить условия труда и экологическую ситуацию в районах металлургического производства. Кроме того, конструкция электрода нерасходуемого электрода дает возможность… Читать ещё >
Содержание
- 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ
- 1. 1. Электроды, применяемые на электропечах черной и цветной металлургии
- 1. 1. 1. Самоспекающиеся электроды
- 1. 1. 2. Графитированные и угольные электроды
- 1. 1. 3. Другие разновидности электродов
- 1. 2. Расход электродов
- 1. 3. Способы снижения расхода электродов
- 1. 3. 1. Защитные покрытия
- 1. 3. 2. Защита с помощью газа
- 1. 3. 3. Охлаждение электрода
- 1. 3. 4. Другие способы снижения расхода электродов
- 1. 1. Электроды, применяемые на электропечах черной и цветной металлургии
Исследование работы погруженных в шлаковый расплав металлических электродов с целью создания нерасходуемого электрода для многошлаковых электропечей медноникелевого производства (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
В металлургии тяжелых цветных металлов широко используются электротермические процессы. В их числе:
• рудно-термическая электроплавка сырья содержащего цветные металлы (РТП);
• электропечное обеднение жидких шлаков (конвертерных и шлаков автогенных процессов) (ЭПОШ).
Несмотря на широкое развитие автогенных процессов для переработки высокосернистого сырья (плавка в печи Ванюкова, автогенный комплекс комбината «Североникель», взвешенная плавка на НГМК и т. д.), рудно-термическая электроплавка (РТП) по-прежнему широко распространена и имеет определенные преимущества перед другими пиро-металлургическими процессами. Это, безусловно, относится к переработке малосернистого, тугоплавкого и окисленного сырья, а в ряде случаев справедливо и для многосернистого сырья. Кроме того, реализация автогенных процессов в большинстве случаев требует применения ЭПОШ, осуществляемого в мощных обеднительных электропечах (ОЭП).
Использование того или иного процесса в современных условиях определяется его технико-экономической эффективностью и возможностью решения экологических проблем, возникающих при его реализации.
Технико-экономическая эффективность РТП, в основном, определяется двумя показателями: удельным расходом электроэнергии и потерями ценных металлов с отвальными шлаками. На эффективность влияют также и особенности конструкции агрегата. С ними, в частности, связаны расходы на электродное хозяйство печи, которые в последние годы значительно выросли в связи с ростом цен на электродные материалы и транспортные расходы.
В настоящее время на руднотермических и обеднительных электропечах, т. е. на печах, имеющих высокую шлаковую ванну, применяются графитированные или самоспекающиеся электроды. Систему электродного хозяйства, применяемого на РТП и ОЭП, нельзя считать удовлетворительной. В процессе работы электропечи происходит обгорание концов электродов в расплаве и подсводовом пространстве, т. е. их расход. Обгорание электродов требует постоянного их удлинения, т. е. перепуска в электрододержателях и, соответственно, влечет за собой эксплуатационные расходы на электроды или электродную массу. Необходимость перепуска электродов требует в конструкции электрододержа-телей иметь механизмы для его осуществления.
Использование самоспекающихся электродов, помимо их громоздкости, существенно затрудняющей возможности герметизации агрегатов, связано со значительными материальными и трудовыми затратами и существенным выделением экологически вредных компонентов в атмосферу. С этой точки зрения работы, посвященные совершенствованию системы электродного хозяйства РТП и ОЭП, являются актуальными.
В институте Гипроникель при разработке процессов обеднения шлаковых расплавов продувкой их восстановительными газами, подаваемыми в приэлектродную зону, была испытана подача природного газа в расплав через полые графитированные электроды или через фурмы с графитир о ванными наконечниками [1, 2]. Было замечено, что износ графитированных наконечников при подаче через них в расплав газа, да и самих электродов резко сокращается. Продуваемый в расплав восстановительный газ как бы защищает электрод от взаимодействия с оксидным расплавом. Возможная гидродинамическая картина защиты электрода-фзфмы с графитированными наконечниками дана в работах [3, 4]. Было логичным предположить, что продувка восстановительными газами может позволить защитить и электроды из неуглеродистых материалов, например, стали, меди и пр.
Целью настоящей работы было исследование работы погруженных в шлаковый расплав металлических электродов и создание электрода из неуглеродистого материала с ресурсом работы, позволяющим считать его нерасходуемым, разработка методики расчета параметров и режимов работы указанных электродов для действующих руднотермиче-ских и обеднительных печей предприятий цветной металлургии.
Применение нерасходуемых электродов (НЭ) предполагает исключение эксплуатационных расходов по статьям графитированных электродов или электродной массе, позволит избежать затрат на наращивание самоспекающихся электродов, улучшить условия труда и экологическую ситуацию в районах металлургического производства. Кроме того, конструкция электрода нерасходуемого электрода дает возможность запроектировать более простой и экономичный электродо-держатель и токопровод, что в свою очередь упростит компоновку устройств и механизмов в надсводовом пространстве электропечи и существенно снизит затраты на их сооружение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
1. Обзор литературных данных показал, что до сих пор не найдено решение, позволяюш (ее существенно снизить затраты при производстве металлов и сплавов, существенно уменьшив статью расхода электродов и затраты на обслуживание электродного хозяйства. Эта статья затрат является достаточно высокой в передельных затратах электротермических процессов и имеет тенденцию к увеличению в связи с ростом цен на материалы, энергоресурсы и трудозатраты. Попытки создания принципиально новых конструкций, или попытки использования неуглеродистых материалов для изготовления электродов промышленных печей успеха не имели, либо эти электроды были использованы для единичных процессов.
2. Проведены исследования в укрупненно-лабораторном масштабе работы металлических электродов в шлаковых расплавах в режимах без подачи газа через электрод, с подачей нейтрального газа и с подачей восстановительного газа. Изучено влияние на скорость расходования электрода в шлаке следующих параметров и характеристик: электрической мощности, вводимой через электродплотности тока на электродеобъемной плотности мощности в приэлектродной зонеконструкции электродаматериала электрода.
Проведенные испытания электродов в режимах без подачи газов и с подачей нейтральных и восстановительных газов определили оптимальные области их параметров и характеристики, в которых имеют место убыль, стабилизация и прирост веса электрода. Важнейшими параметрами электрода, определяющими его стойкость, явились плотность тока на электроде, вводимая через электрод мощность (энергия) и охват торца наконечника обратной струей подаваемого в расплав через электрод газа.
Величины оптимальных параметров, определенные опытным путем, следующие:
• подача в электрод через одно осевое сопло природного газа с расходом 5 + 10 мл/час;
• плотность тока на электрод более 18 + 25 А/см';
• объемная плотность вводимой через электрод мощности в при-электродной зоне не менее (10 + 20) -10л кВт/мл.
• охват обратной струей подаваемого через электрод газа площади торца наконечника электрода — не менее 20%.
3. Предложен возможный механизм процесса стабилизации (прироста) веса электрода, включающий следующие стадии:
• пиролиз углеводородсодержащего восстановителя в высокотемпературной приэлектродной зоне;
• съем тепла в приэлектродной зоне за счет протекания эндотермических процессов пиролиза;
• интенсивное протекание процессов восстановления расплава и образование металлизированного электропроводного слоя на электроде.
Сделан вывод, что при подаче через электрод углеводородсодер-жащих восстановителей и в определенном электрическом режиме его работы на шлаках промышленного состава возможно достижение эффекта нерасходуемости электрода при работе на шлаках промышленного состава.
4. Разработана методика расчета параметров металлического электрода для руднотермических электропечей и электропечей обеднения предприятий медно-никелевой промышленности. Составлена программа расчета параметров электрода. Разработанная программа позволяет производить расчет нерасходуемого электрода для любой действующей многошлаковой электропечи.
5. Разработан эскизный проект нерасходуемого электрода для печи.
— 137 2 Никелевого завода НГМК, даны варианты размещения электрода на действующей печи. Все предложенные варианты размещения предполагают в большей или меньшей степени минимальные затраты на реконструкцию электропечной установки и использование установленных на печи трансформаторов.
6. Ожидаемый экономический эффект от внедрения нерасходуемо-го электрода на электропечах взамен самоспекающихся или графитиро-ванных электродов по данным Проектной части института «Гипрони-кель» составит 1 млн. рублей в год в расчете на одну печь в ценах 1998 года.
7. Способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве и конструкция нерасходуемого электрода защищены тремя патентами Российской Федерации.
Список литературы
- Востриков Г. В. Исследование процесса обеднения шлаков шахтной плавки окисленных никелевых руд природным газом- Дис. канд. техн. наук- 05.16.18 Зашлищена 11.03. 77- Утв. 27.07.77- Л., 1977 — 252 с: ил. — Библиогр.: с. 233 — 252.
- Русаков М.Р. и др. О высоте подъема ванны расплавленного шлака при продувке его газом // Сб. Металлургия никеля и кобальта // Сб. шуч. тр. / ин-т Гипроникель. вып. 58. — 1973. — С. 193−199.
- Русаков М.Р., Востриков Г. В., Тумасов В. Ф. Использование фурм с графитовыми наконечниками для продувки шлаков природным газом. //Цветная металлургия. Бюллетень ЦНИИ. М.: 1979, № 16.
- Четвертков М.С., Грань Н. И. Влияние силы тока и мощности на скорость окисления электродов в шлаке и газах. // Сб. Металлургия никеля и кобальта // Сб. науч. тр. / ин-т Гипроникель. вып. 57.-. Д.: 1973.
- Гнедин А.И. и др. Об эффективности использования графитиро-ванных электродов на обеднительных электропечах. // Цветная металлургия. Бюллетень ЦНИИ, М.: 1984. — 86 с.
- Технические условия на графитированные электроды. //ТУ-48−12−52−88 и ТУ-14−5-203−89.
- Струнский Б.М. Руднотермические плавильные печи. М.: Металлургия, 1972. — 368 с.
- Гасик М.И. Электроды рудовосстановительных электропечей. -М.: Металлургия, 1984. 248 с.
- Востриков Г. В., Распокин В. Г., Горбунов В. К. и др. Цветная металлургия. Бюлл. НТИ, 1982, № 9, с. 22−23.
- Диомидовский Д.А., Онищин Б. П., Линев В. Д. Металлургия ферроникеля. М.: Металлургия, 1983. — 256 с.
- Лакерник М.М. Электротермия в металлургии меди, свинца, цинка. М.: Металлургия, 1971.
- Elektrowarme International, 1972, № 2, Bd. 74 82, S. 49, 50.
- Elektrowarme International, 1971, № 4, Bd. 29, S. 223 229.
- Zollner D., Schieber F., Lippert W. u.a. Neueste Entwicklungen auf dem Gebiet der Electroden fur Lichtbogenofen // Fachberichte Huttenpraxis Metallweiterverarbeitung. 1981. Bd. 19. № 1. S. 37 41.
- Лакерник M.M., Портноян Д. К. Электротермическое оборудование (Руднотермические печи), ЦНИИ Цветметинформации, М.: 1974.
- Поволоцкий Д.Я., Гудим Ю. А., Зинуров И. Ю. Устройство и работа сверхмоидных дуговых сталеплавильных печей. М.: Металлургия, 1990. — 176 с.
- Becvaz J. Snizovani spotreby grafitovych elektrod u abloukovydi peci pouztim oplastench a kombinovanych vodou chlazenych elektrod // Hut-nik CSSR. 1983. V. 33. № 3, S. 90 99.
- Zoellner D.H. Nouvelleelectrode compozite avec partie refroidie protege par un revetement a base de graphite // Revue de Metallurgie. 1982. № 6. P. 561 562.
- Pugh R.W. Consommation reduite d’electrodes an four a arc par emploi d’electrodes composites refroiidies // Revue de Metallurgie. 1982. № 4. P. 363 370.
- Prenn O.E., Pugh R.W., Rivers A.B., Lowler R.N. Stelco’s water cooled electrode systems // Fachberichte Huttenpaxis Metallweiterverarbeitung. 1984. Bd. 22. № 5. S. 476 480.
- Кегель К., Вильшельм Г., Цельнер Д. Охлаждение электрода дуговых печей // Черные металлы. 1983. № 18. С. 22 27.
- Б.И. Медовар и др. Электрошлаковый переплав. М.: Металлургия, 1963.
- Патент США № 3 777 042, МКИ H 05в7/06. Заявл. 19.10.71. Опубл. 04.10.72. British Steel Corp.
- Патент Франции № 2 222 821, МКИ F-27oll/10, Н05в7/06, 7/12. Заявл. 20.03.73. Опубл. 22.11.74. IRSID, Франция.
- Авторское свидетельство СССР № 337 019 Нерасхо дуемый охлаждаемый металлический электрод. /Медовар Б.И. и др. МКИ С21с5/56. Заявл. 10.10.70, опубл. 05.12.77. Ин-т эл. сварки им. Е.О. Па-тона.
- Raw material, melting, casting, recycling critical review. iCramer K.-H. «Titanium 1986: Prod, and Appl.: Proc. Techn. Program Int. Conf. 1986. Vol. 2». Dayton, 1987, p. 963 984.
- DC electrodes: a key factor for progress in EAF steel production/ Klein R.-D., Wimmer K.// MRT: Met. Plant and Technol. Int. 1995. — 18, №-1414. p.p. 54 — 56, 58, 60, 62 — 63.
- Potential and limitations of graphite electrodes for DS furnaces / Lefrank P.A. // Iron and Steelmaker. 1994. 21, № 3. P. 69 — 74.
- Производство и эксплуатация крупногабаритных электродов в мощных электросталеплавильных печах / Калядов Е. В., Давыдович Б. И., Апалькова Г. Д. // Междунар. конф. «Черная металлургия России и стран СНГ», Москва, 6−10 июня 1994 г. Т. 3,1994, с. 51 52.
- Термическая стойкость крупногабаритных угольных электродов. / Ружевская Л. Н., Габбасов И. Р., Кондрашенкова Н. Ф., Устиновская Л. Т. // Соверш. технол. электрод, пр-ва. М. 1988. С. 98 — 103.
- Герцык СИ Пути снижения расхода электродов при выплавке стали в дуговых печах. / Черн. металлургия, 1989, — № 2, — С. 16 — 24.
- Modelkechnungen zum Elektrodenverbrauch im Lichtbogenofen.
- Schieber Franz. «Stahl und Fisen», 1988, 8, № 3, 27 31,79.
- Основные области применения углеродных конструкционных материалов в цветной металлургии. / Авдеенко М. А., Розенман И. М. // Применение углеродных материалов в цветной металлургии. М., 1989. С. 4- 13.
- Применение углеродных материалов в цветной металлургии: Сб. научи, тр. Гос. НИИ констр. матер, на основе графита. / Ред. Костиков В. М. М., Мин. цв. металлургии, 1989, 131 с.
- Sooter М.С. // Proceedings of IX Polish Graphite Conference. Zakopane 25 28. 09. 1988. 1. P. 137 -151.
- Fitzgerald D. Arc Furnace steelmaking. An Except // Iron and Steelmaking. 1982. Ч. P. 24 31.
- Вааге R.D., Overgaard J., Rasmussen Е. An eccentric bottom tapping system 18 -months experience // Iron and Steel Eng. 1984. v. 7. P. 27 -32.
- Амелинг Д. и др. Направления развития электросталеплавильного производства. // Черные металлы, 1981,-№ 4, С.8−18.
- Бауман Б. Опримальное использование графитовых электродов. // Черные металлы, 1982, № 23, — С. 9 — 15.
- Зеленкин В.Г. и др. Анализ эксплуатационной стойкости гра-фитированных электродов. // Цветные металлы, 1989, № 5, — С. 68−72.
- Sposob ochrony elektrod weglowych i/lub grafitowych przed ut-lenianiem, Gebka Kazimierz, Dziwinski Wladyslaw, Domagala Stanislaw,
- Niemiec Janina- Huta «Zawiercie». Пат. 136 572, ПНР. Заявл. 20.02.84, № 246 277. МКИ С 04 В 41/06, Н 05 В 7/06.
- Костарева Т.В. В кн.: Производство стали. — М.: Металлургия, 1980, С. 14−15.
- Becvar J. Hutnik (CSSR), 1980, t. 30, № 1, s. 11 — 15.
- Новожилов Н. Г и др. Повышение эксплуатационной стойкости пропитанных электродов // Сталь. 1981. № 1. С. 42 45.
- Коновалова Е. А и др. Защита графитированных электродов от коррозионного и эрозионного разрушения покрытием на основе ферросплавов // Сталь. 1986. № 12. С. 54 55.
- Кравецкий Г. А., Кокушкин Б. Я., Конокотин В. В. Поверхностная защита жидким стеклом электродов дуговых печей. // Цветные металлы, 1986, № 2, — С.47−49.
- Апалькова Г. А., Коновалова Е. А., Глушков Н. В. Термическое напряжение в защитных покрытиях на графите. // Цветные металлы, 1989, -№ 5,-С. 73−74.
- Коновалова Е.А. и др. Электроды с плазменным покрытием и их эксплуатация. /Соврем, пробл. электрометаллургии стали: Сб. тез. докл. научн.-техн. конф. //Челяб. гос. техн. ун-т. Челябинск, 1992. С. 5.
- Гуантиан Ли и др. Пропитка графитовых электродов раствором ДГТ. // Цветные металлы, 1993, № 11, — С. 38.
- Extractive Metallm-gy. / Gastie J.F. // Mining Annu. Rev. 1989. June.P.B89-B104.
- A.c. 1 381 738 СССР МКИ Н 05 В 7/085 Способ регенерации графитовых электродов плавильных печей. //Александров В.М., Кулаков Б. А., Дубровин В. К. и др. Челябинский политехи, ин-т. Заявл. 06.01.86. № 4 007 154/31−02. Опубл. в Б.И., 1988, № 10.
- Кузин H.A. Способ снижения бокового расхода графитирован-ных электродов дуговых сталеплавильных печей.// Тр. 3 Конгр. сталеплавильщиков. Москва, 10 — 15 аир. 1995. — М.: 1996. — С. 165 — 166.
- A.c. 1 492 488 СССР, МКИЛ Н 05 В 7/06/ Способ защиты полых электродов в рудно-термических печах, / Ершов В. А., Кузнецова В. Л., Алябин В. И. и др. Ленингр. технол. ин-т. № 4 177 236/31−02. Заявл. 04.01.87. Опубл. 07.07.89. Бюл. № 25.
- Improvement of water-cooled electric arc ftirnace electrodes. / Zollner D., Under K.-D., Cizar H. // MPT: Met. Plan, and Technol. 1988. -11, № 6, p. 22,24−25.
- Direct cooling system of electrode. «Trans. Iron and Steel Inst. Jap.» 1988, 28 № 3.222.
- Заявка 2 176 980 Великобритания. Cooling furnace electrodes. /Adolph Goerres, Harald Jerabek, Manfred Jerabek. Parr Construction Services. Ltd. Заявл. 28.06.85, № 8 516 479. Опубл. 07.01.87. МКИ Н 05 В 7/12.
- Патент 137 307, ПНР МКИ Н 05 В 7/06 Elektroda dia piecow lukowych. Soltysiak Jozef, Tomczuk Lotar, Stelmach Stefan, Widera Ta-deusz, Kuna Tadeusz- Instytut Metallurgii Zeleza im. Stanislawa Staszica,
- Gliwice- HutaBaildon. Заявл. 17.07.84. № 24 883. Опубл. 31.07.87.
- A. с. СССР № 726 840, Металлургический агрегат для обеднения шлаков. / Русаков М. Р., Востриков Г. В., Гнедин И. И. и др. Заявл. 14.06.76. Опубл. 14.12.79.
- Исследование и разработка аппаратурного оформления процесса обеднения шлаков продувкой расплава природным газом Отчет о НИР (промежуточный) /Институт Гипроникель Руководитель М. Р. Русаков. — Л.-Орск. — 1976.
- Recycling of graphite electrodes. // Fachber. Huttenprax. Metall-weiterverarb. 1987, 25, № 8. P. 758 789.
- Диомидовский Д.А. Контроль и автоматизация процессов в цветной металлургии. М.: Металлургия. 1967 г.
- Марков Б.Л., Кирсанов A.A. О внедрении газовой струи в жидкость. //Изв. ВУЗов, Черная металлургия, 1970, № 8.
- Садовникова Е.А. Исследование процесса обеднения шлаков никелевого производства природным газом с применением методов математического моделирования. Дис. канд. техн. наук Л.: 1980, Гипроникель.
- Вигдорчик Е. М. Математическое моделирование процессов никелевой промышленности. /Совершенствование методов расчета гидродинамических и теплофизических явлений в металлургических процессах. /Отчет института Гипроникель, 1976.
- Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов. /Теплотехнические расчеты по обобщенным константам продуктов горения. М.: Наука, 1964.
- Платонов Г. Ф. Параметры и электрические режимы металлургических электродных печей. М.-Л.: Энергия, 1965 г.
- Струнский Б.М. Расчеты руднотермических печей. М.: Металлургия, 1982.
- Сергеев П.В. Энергетические закономерности руднотермических электропечей, электролиза и электрической дуги. Издательство АН Каз. ССР, 1963 г.
- Мосиондз К.И. Исследование и усовершенствование энерготехнического и технологического режимов работы электропечей для плавки сульфидной медно-никелевой шихты Дис. канд. техн. наук. Л.: ЛПИ, 1974.
- Диомидовский Д.А. Печи цветной металлургии. М.: Метал-лургиздат, 1956.
- Сисоян Г. А. Электрическая дуга в электрической печи. М.: Металлургиздат, 1961.
- Платонов Г. Ф. Распределение мош-ности по шлаку руднотер-мической печи свинцовой плавки. /Труды АГМНИИ АН Каз. ССР, т. V, 1957.
- Нус Г. С. Исследование температурных и электрических полей рудоплавильной электропечи методом моделирования. //Сборник трудов Гинцветмета. Металлургиздат.: — 1962. — № 19.
- Чердовских П.П. Исследование распределения тока в трехфазной руднотермической печи на моделях. /Известия вузов. Энергетика, № 1, 1964.
- Мосиондз К. И., Русакова Н. И., Грань Н. И. Влияние формы электродов и размеров ванны круглой руднотермической электропечи на её электрическое сопротивление. // Тр. ин-та Гипроникель.- Л.: Б. и. -1966.-№ 26.-С. 44−53.
- Платонов Г. Ф. Выбор методики изучения распределения мощности в слабопроводящей среде электропечей для прикладных целей./ Известия вузов. Энергетика, № 4, 1959.
- Сергеев П.В. Определение основных электрических параметров руднотермических печей с большим объемом шлака. /Труды АГМНИИ АН Каз. ССР, т. IV, 1957.
- Тетельбаум. Электрическое моделирование. М.: Госфизматиздат, 1959.
- Атлас шлаков / Под ред. И. С. Куликова. М.: Металлургия, 1985.
- Андронов В.Н., Чекин Б. В., Нестеренко СВ. Жидкие металлы и шлаки. М.: Металлургия, 1977.
- Русаков М.Р., Востриков Г. В., Мосиондз К. И. Электрическое сопротивление шлаковой ванны при продувке расплава газом. //Цветные металлы, 1979. -№ Ю.
- Баптизманский В И. Механизм и кинетика процессов в конвертерной ванне. М.: Металлургиздат, 1960.
- Диомидовский Д.А. Металлургические печи цветной металлургии. М.: Металлургия, 1970.
- Патент № 2 166 843 Российская Федерация, МПКЛ Н 05 В 7/08. Нерасходуемый электрод. / Русаков М. Р., Рябко А. Г., Боборин СВ. и др. (РФ). № 99 116 425 Заявлено 28.07.99- Опубл. 10.05.2001, Бюл. № 13, Приоритет 28.07.99, (РФ). — 3 с: илл.
- Решение о выдаче патента Российской Федерации, МПКЛ Н 05 В 7/08. Нерасходуемый электрод для руднотермических и обеднитель-ных многошлаковых электропечей. / Русаков М. Р., Рябко А. Г., Боборин СВ. и др. (РФ). № 99 126 129 Заявлено 06.12.99- Не опубл.