Электропечь для переработки техногенного сырья

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к проектированию и эксплуатации рудно-термических электропечей, работающих с погружением электродов в расплав перерабатываемого материала, и может быть также использовано в черной металлургии и химической промышленности. Электропечь для переработки техногенного сырья включает корпус с боковыми стенками, загрузочные устройства, электроды, объединенные в группы, одна из которых установлена на подину печи и подключена к отрицательному полюсу источника тока, а другая группа, погружена в расплав перерабатываемого сырья и подключена к положительному полюсу источника тока, при этом электроды в каждой из групп расположены подряд, а между электродами разной полярности установлены закрепленные на боковых стенках печи вертикальные перегородки, выполненные из неэлектропроводящего материала и погруженные в расплав перерабатываемого сырья. Заявляемое изобретение направлено на повышение производительности электропечи постоянного тока за счет создания условий, обеспечивающих более глубокое обеднение перерабатываемого материала по ценным компонентам, а также на повышение надежности работы указанной печи, используемой для переработки техногенного сырья, содержащего тяжелые и легкие цветные металлы - забалансовых и труднообогатимых полиметаллических руд, текущих и накопленных нецелевых промежуточных продуктов (шлаков, шламов, клинкеров и др.) с высоким содержанием ценных компонентов, а также вторичного сырья и практически любых отходов с отгонкой летучих и переводом нелетучих ценных компонентов в донную фазу. 1 ил.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к проектированию и эксплуатации рудно-термических электропечей, работающих с погружением электродов в расплав перерабатываемого материала, и может быть также использовано в черной металлургии и химической промышленности.

Известна обеднительная электропечь для переработки шлаков, футерованная огнеупором, с электродами, подключенными к источнику переменного тока, рабочие концы которых находятся на некотором расстоянии от подины (Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов. - М., Металлургия, 1974, с.233-237).

Недостатком известной конструкции является низкая производительность вследствие повышенных потерь ценных компонентов со шлаком и избыточного настылеобразования на подине печи.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является электропечь для переработки техногенного сырья, включающая корпус с боковыми стенками, загрузочные устройства, электроды, объединенные в группы, одна из которых установлена на подину печи и подключена к отрицательному полюсу источника тока, а другая группа, электроды в которой расположены подряд, погружена в расплав перерабатываемого сырья и подключена к положительному полюсу источника тока (патент РФ №2088869, МПК F 27 В 3/08, С 22 В 7/04, опубл. 27.08.97, Бюл. №24).

Экспериментально установлено, что в процессе эксплуатации известной конструкции (при периодическом изменении полярности групп электродов одновременно с изменением взаимного заглубления их в расплав) в периоды положительной поляризации электродов, погруженных в шлаковый расплав и не расположенных подряд, эффект обеднения шлака по ценным компонентам существенно снижается, что обусловлено разъединением прианодных областей интенсивного нагрева и барботажа шлакового расплава, приводящим к снижению интенсивности возгонки летучих ценных компонентов шлака.

Кроме того, исследования показали, что при переработке в известной печи материалов, содержащих легкие металлы (например, алюминий), надежность конструкции резко снижается в результате накапливания легких металлов в слое на поверхности расплава перерабатываемого материала, что может привести к короткому замыканию между электродами разной полярности и выходу из строя установки в результате срабатывания максимально-токовой защиты.

Заявляемое изобретение направлено на повышение производительности электропечи постоянного тока за счет создания условий, обеспечивающих более глубокое обеднение шлака по ценным компонентам, а также на повышение надежности работы указанной печи, используемой для переработки техногенного сырья, содержащего тяжелые и легкие цветные металлы - забалансовых и труднообогатимых полиметаллических руд, текущих и накопленных нецелевых промежуточных продуктов (шлаков, шламов, клинкеров и др.) с высоким содержанием ценных компонентов, а также вторичного сырья и практически любых отходов с отгонкой летучих и переводом нелетучих ценных компонентов в донную фазу.

Для достижения отмеченного выше технического результата в электропечи для переработки техногенного сырья, включающей корпус с боковыми стенками, загрузочные устройства, электроды, объединенные в группы, одна из которых установлена на подину печи и подключена к отрицательному полюсу источника тока, а другая группа, электроды в которой расположены подряд, погружена в расплав перерабатываемого сырья и подключена к положительному полюсу источника тока, согласно заявляемому изобретению электроды, установленные на подину печи и подключенные к отрицательному полюсу источника тока, расположены подряд, а между электродами разной полярности установлены закрепленные на боковых стенках печи вертикальные перегородки, выполненные из неэлектропроводящего материала и погруженные в расплав перерабатываемого сырья.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что расположение электродов подряд как в группе электродов, погруженных в шлаковый расплав и подключенных к положительному полюсу источника тока, так и в группе электродов, установленных на подину и подключенных к отрицательному полюсу источника тока, обеспечивает более глубокое обеднение шлака по ценным металлам за счет интенсификации возгонки летучих компонентов.

Также экспериментально было установлено, что установка закрепленных на боковых стенках электропечи вертикальных перегородок, выполненных из неэлектропроводящего материала, нижняя часть которых погружена в расплав перерабатываемого материала, исключает протекание токов короткого замыкания по слою легкого металла, находящегося на поверхности расплава, что существенно повышает надежность работы печи в случае переработки материалов, содержащих как тяжелые, так и легкие ценные металлы.

Для каждого технологического процесса взаимное расположение групп электродов разной полярности, количество электродов в группе, размеры и конструктивные особенности корпуса печи, электродов и неэлектропроводящих перегородок, включая способы крепления последних к корпусу печи и их охлаждения, и другие параметры определяются экспериментально и расчетом исходя из условий максимального суммарного экономического эффекта от извлечения ценных компонентов техногенного сырья, что составляет предмет “ноу-хау” для заявляемого изобретения.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом.

На чертеже показана заявляемая электропечь для переработки техногенного сырья. Печь содержит футерованный корпус 1, загрузочные устройства 2, электроды 3, из которых одна группа 4 установлена на уплотненной в результате предварительного ошлакования новой печи защитной настылью 5 подине 6 и подключена к отрицательному полюсу источника тока, а другая группа электродов 7 подключена к положительному полюсу. Потенциал на электроды подается через контактные щеки 8 источника питания. Концы электродов группы 4 погружены в слой металла или штейна 9 на подине печи, а электроды группы 7 погружены в расплав 10 перерабатываемого техногенного сырья. Между электродами разной полярности установлены вертикальные перегородки 11, выполненные из неэлектропроводящего материала, например из огнеупора марки ХМ, пересекающие слой легкого металла 12. Перегородки 11, нижняя часть которых погружена в расплав 10, закреплены на боковых стенках 13 печи.

Печь работает следующим образом.

После набора расплава 10 перерабатываемого техногенного сырья на электроды через контактные щеки 8 подают напряжение постоянного тока, величину которого регулируют и подбирают таким образом, чтобы при заданной мощности обеспечить поддержание на подине 6 уплотняющей настыли 5 и исключить избыточное настылеобразование, препятствующее нормальной работе печи. При данном составе шлака этим определяется положение электродов группы 7 в рабочем пространстве печи по вертикали. В ванну загружают восстановитель, например кокс, способствующий восстановлению металлов из окислов химическим путем. В установившемся режиме электрический ток между электродами 4 и электродами 7 протекает через расплав 10 преимущественно по следующему пути: электроды 4 - слой металла или штейна 9 - электроды 7. При этом выделяющееся главным образом в шлаке в зоне расположения анодов 7 джоулево тепло перегревает расплав.

Химически восстанавливаемый металл (или штейн) накапливается в расплавленном состоянии в слое 9. При этом легкие металлы накапливаются на поверхности расплава 10, образуя слой 12. Часть восстановленного метала остается в расплаве 10 в химически растворенном состоянии и в виде механической взвеси.

При катодной (отрицательной) поляризации электродов 4 и, соответственно, донной фазы 9 и анодной (положительной) поляризации электродов 7 на анодах будет выделяться кислород с последующим его взаимодействием с углеродом электродов и восстановителя и образованием оксида углерода, дополнительно восстанавливающего из шлака цветные металлы.

Поскольку при периодическом изменении полярности групп электродов одновременно с изменением взаимного заглубления их в расплав аноды погружены в шлаковый расплав и расположены подряд, то зоны местного перегрева шлака и интенсивного барботажа расплава не только все время совмещаются у каждого анода, но и частично совмещаются в промежутках между анодами. Это приводит к максимальному использованию возможности интенсификации возгонки летучих компонентов (например, цинка, свинца) без существенного изменения температур на периферии ванны и, следовательно, без снижения стойкости футеровки, то есть к дополнительному обеднению шлака и извлечению из него ценных летучих металлов без капитальных и эксплуатационных затрат.

Закрепленные на боковых стенках 13 печи вертикальные перегородки 11, выполненные из диэлектрика, нижняя часть которых погружена в расплав 10 перерабатываемого техногенного сырья, пересекают слой легкого металла 12, накапливаемого на поверхности расплава 10, и тем самым позволяют избежать короткого замыкания системы, которое может возникнуть вследствие протекающих по слою 12 токов короткого замыкания и привести к выходу из строя всей системы.

Проверку устройства проводили на шестиэлектродной закрытой прямоугольной обеднительной печи номинальной мощностью 250 кВА с электродами диаметром 100 мм, расположенными по длинной оси ванны. На боковых стенках печи закреплены вертикальные перегородки, выполненные из водоохлаждаемых кессонов с огнеупорной обмазкой из хромомагнезита, имеющие размеры 700×200×70 мм; нижняя часть перегородок погружена в расплав перерабатываемого материала. Переработке подвергали конвертерный шлак состава, мас.%: меди - 5,8; свинца - 3,8; цинка - 4,1; железа - 29,0; диоксида кремния - 29,9; оксида кальция - 8,5; остальное - кислород и прочие, а также дробленый поршневой алюминиевый лом, содержащий 98% металлов.

Продолжительность работы печи составила 48 ч.

В результате плавки был получен:

штейн состава, мас.%: меди - 52,7; свинца - 5,2; цинка - 0;98; железа - 20,3;

сплав состава, мас.%: меди - 1,67; кремния - 10,2; железа - 0,62; цинка - 0,40; магния - 0,58; марганца - 0,24; остальное - алюминий;

отвальный шлак состава, мас.%: меди - 0,34; свинца - 0,24; цинка - 0,44; железа - 26,7; диоксида кремния - 36,3; оксида кальция - 10,3, остальное - кислород и прочие.

Проведенные испытания подтвердили оптимальность, высокую технологическую эффективность и высокую надежность работы заявляемой конструкции печи, позволяющей не только повысить интенсивность возгонки летучих компонентов и достичь более глубокого обеднения перерабатываемого материала по ценным компонентам, но и эффективно перерабатывать материалы, содержащие как тяжелые, так и легкие металлы.

Формула изобретения

Электропечь для переработки техногенного сырья, включающая корпус с боковыми стенками, загрузочные устройства, электроды, объединенные в группы, одна из которых установлена на подину печи и подключена к отрицательному полюсу источника тока, а другая группа, электроды в которой расположены подряд, погружена в расплав перерабатываемого сырья и подключена к положительному полюсу источника тока, отличающаяся тем, что электроды, установленные на подину и подключенные к отрицательному полюсу источника тока, расположены подряд, а между электродами разной полярности установлены закрепленные на боковых стенках печи вертикальные перегородки, выполненные из неэлектропроводящего материала и погруженные в расплав перерабатываемого сырья.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.11.2011

Дата публикации: 20.11.2011

---