СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
PROCEDURE FOR REDUCTION SMELTING AND INSTALLATION FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области электротермии и может применяться для управляемого, в том числе непрерывного, нагрева и плавления материалов в широком диапазоне - от металлов до неметаллических материалов, включая оксиды.
Известна рудновосстановительная печь, используемая, в частности, для производства ферросплавов, содержащая несколько (как правило, три) вертикальных самоспекающихся электродов {Шевцов М.С., Бородачев А.С. Развитие электротермической техники / Под ред. акад. А.Ф.Белова - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.109-111). Самоспекающийся электрод, как правило, представляет собой металлический цилиндрический сварной кожух, заполняемый углеродистой электродной массой, и служит для подвода электрического тока от контактных щек электрододержателя через скоксованную часть электрода в рабочее пространство плавильной емкости печи. Электрический ток при этом течет между электродами и переплавляемым материалом, загружаемым в рабочее пространство печи.
Известно также устройство для ведения плавки, содержащее плавильную ванну и, как минимум, два электродных узла, каждый из которых состоит из двух коаксиально расположенных цилиндрических электродов, разделенных полостью, открытой сверху и снизу. Способ ведения плавки при этом включает размещение электродных узлов в плавильной ванне, подачу на них напряжения, подачу в межэлектродную полость каждого электродного узла инертного газа, заполнение плавильной ванны жидким расплавом, нагрев расплава электрическим током между электродными узлами (предварительный патент Республики Казахстан №14141, М. кл. Н05В 6/46, Н05В 6/54). Данное устройство применяется преимущественно для ведения плавки «с жидким стартом» при переработке тугоплавких металлов, их сплавов, смесей металлов, тугоплавких огнеупорных окислов и карбидов. В то же время, данная конструкция представляется более универсальной, так как электродный узел, включающий коаксиальные электроды, является самодостаточным для осуществления нагрева и плавки перерабатываемого материала вне зависимости от работы других электродных узлов, установленных в плавильной печи, и не требует подового электрода.
Целью данного изобретения является разработка способа ведения восстановительной плавки и устройства для его осуществления, позволяющих обеспечить непрерывный процесс плавки, повысить кпд и надежность работы устройства, уменьшить расход материалов и себестоимость конечного продукта.
Требуемый результат достигается тем, что в устройстве для ведения восстановительной плавки, содержащем плавильную емкость, по меньшей мере один электродный узел, состоящий ил двух коаксиально расположенных электродов - полого наружного и внутреннего, согласно изобретению полый наружный электрод выполнен самоспекающимся, непрерывно наращиваемым, в виде двух коаксиальных труб, полость которого заполнена компонентами шихты и токопроводящей самоспекающейся электродной массой, устройство содержит бункеры-дозаторы для подачи токопроводящей самоспекающейся электродной массы и компонентов шихты в полость наружного электрода, бункеры-дозаторы для подачи компонентов шихты в зазор между наружным и внутренним электродами и газовую систему подачи и отбора газов в процессе плавки. Внутренний электрод выполнен самоспекающимся, непрерывно наращиваемым в виде трубы с полостью, заполненной посредством бункера-дозатора токопроводящей самоспекающейся электродной массой. Компоненты шихты и токопроводящая самоспекающаяся электродная масса расположены в полости наружного электрода в виде труб, коаксиальных с трубами наружного электрода. Компоненты шихты и токопроводящая самоспекающаяся электродная масса расположены в полости наружного электрода в виде смеси.
В способе ведения восстановительной плавки, включающем размещение в плавильной емкости по меньшей мере одного электродного узла, загрузку компонентов шихты, подачу и отбор газов, подачу напряжения на электроды и зажигание электрической дуги, согласно изобретению используют электродный узел выполненный в виде расположенных с зазором, непрерывно наращиваемых, полых наружного и внутреннего электродов, в процессе плавки в зазор между наружным и внутренним электродами электродного узла подают компоненты шихты, в полость наружного электрода - компоненты шихты и токопроводящую самоспекающуюся электродную массу, а в полость внутреннего электрода - токопроводящую самоспекающуюся электродную массу, корректируют взаимное положение наружного и внутреннего электродов механизмами перемещения, перемещая по мере необходимости каждый из электродов, при этом в процессе плавки посредством газовой системы подачи и отбора газов осуществляют циркуляцию рабочих газов, отобранных из плавильной емкости, с подачей их в зазор между наружным и внутренним электродами.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображено устройство для ведения плавки, на фиг.2 (а, б, в) - наружный электрод в разрезе с примерами распределения компонентов шихты.
Устройство включает плавильную емкость 1, по меньшей мере один электродный узел (2-9), газовую систему для подачи/отбора газа в процессе плавки (16, 21). Электродный узел состоит из наружного 2 и внутреннего 3 электродов, расположенных коаксиально. Наружный электрод 2 выполнен в виде двух коаксиальных труб 4 с полостью 5 между ними, заполненным компонентами шихты 6 и самоспекающейся электродной массой 7. Внутренний электрод 3 может быть выполнен (например, фиг.1) в виде трубы 8 с полостью 9, заполненной самоспекающейся электродной массой. Внутренний электрод также может быть выполнен в виде токопроводящего графитового стержня. Устройство снабжено бункером-дозатором 10 для подачи самоспекающейся электродной массы и/или компонентов шихты в полость 5 наружного электрода и в полость 9 внутреннего электрода и бункером-дозатором 11 для подачи компонентов шихты в зазор 12 между наружным и внутренним электродами. Ток к наружному электроду подводится при помощи токоподвода 13, ток к внутреннему электроду подводится при помощи токоподвода 14. Между электродами 2 и 3 установлен электроизолятор 15, предназначенный для центрирования электродов, предотвращения загрязнения и пробоя межэлектродного пространства, выравнивания потока газа, подаваемого в полость между электродами по тракту подачи газа 16, и подачи компонентов шихты из бункера 11. Между наружным электродом 2 и корпусом плавильной емкости 17 установлено уплотнение 18. Наружный электрод 2 снабжен механизмом перемещения 19. Внутренний электрод 3 снабжен механизмом перемещения 20, позволяющим перемещать внутренний электрод как одновременно с наружным электродом, так и относительно наружного электрода.
Реализация способа и работа устройства осуществляется следующим образом. В плавильную емкость 1 опускают по меньшей мере один электродный узел на глубину, требуемую технологическим процессом. Плавильную емкость известным образом заполняют в зоне восстановления переплавляемыми материалами (компонентами шихты). Кроме того, компоненты шихты подают при помощи дозатора 10 в полость 5 наружного электрода и, при необходимости, при помощи дозатора 11 в зазор 12 между наружным и внутренним электродами электродного узла. В полость 5 наружного электрода подают самоспекающуюся электродную массу 7, например, смесь гранулированных твердых углеродистых материалов (термоантрацита и кокса) со связующим каменноугольным песком. При этом компоненты шихты распределяют в полости наружного электрода либо упорядоченно - в виде трубы, коаксиальной с наружным электродом (фиг.2а, б), либо хаотично - в виде смеси с токопроводящей самоспекающейся массой (фиг.2в).
B зазор 12 между наружным и внутренним электродами по тракту подачи газа 16 подают газ, отобранный из плавильной емкости через тракт отбора газа 21, либо газ или газовую смесь от внешних источников. Избыточную часть газа удаляют из плавильной емкости при помощи системы газоудаления. Устанавливают взаимное расположение электродов, соответствующее режиму плавки. После этого известными способами, например осциллятором, зажигают электрическую дугу между наружным и внутренним электродами. Электрическая дуга 22 горит от концов электродов на расплав, частично ток идет по переплавляемому материалу и расплаву (23). Производят нагрев и/или расплав переплавляемых материалов. Готовый расплав 23 сливают из плавильной емкости. По мере расходования рабочей части наружного (и/или внутреннего) электрода и переработки компонентов шихты, производят наращивание электродов (например, путем наваривания образующих электроды труб) и их дозагрузку при помощи бункеров 10 и 11 без остановки процесса плавки.
Таким образом, переплавляемый материал (компоненты шихты) через полость наружного электрода и зазор между наружным и внутренним электродами подают непосредственно в область горения электрической дуги, где его восстановление происходит наиболее эффективно. При этом тепловая энергия, генерируемая дугой, расходуется преимущественно на нагрев и плавление восстанавливаемых компонентов шихты, снижаются ее потери, в частности на окисление самоспекающихся электродов отходящими газами, на излучение, что значительно повышает кпд устройства. Кроме того, в полости между двух коаксиальных труб, образующих наружный электрод, при высоких температурах происходит химическое взаимодействие подаваемых совместно компонентов шихты и токопроводящей самоспекающейся массы, которое приводит к частичному восстановлению переплавляемого материала. Это позволяет более эффективно использовать восстановитель и уменьшить его расход. Вид и форму распределения компонентов шихты в полости наружного электрода подбирают экспериментальным путем для целей конкретной плавки.
В случае использования в процессе плавки нескольких электродных узлов, каждый из них работает самостоятельно по взаимно согласованной схеме. При выходе из строя одного или нескольких электродных узлов, полезная нагрузка перераспределяется между остальными, что обеспечивает непрерывность процесса плавки и повышает надежность работы устройства.