СПОСОБ ПЛАВКИ ЭЛЕКТРОКОРУНДА
METHOD FOR SELTING ELECTROCORUNDUM

Область техники
Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно, к получению плавленого корунда в электрических печах и может быть использовано при получении различных плавленых материалов.
Уровень техники
Плавленый электрокорунд широко применяется в качестве абразивного материала и наполнителя для производства высокотемпературных огнеупоров как отдельных изделий, так и неформованных огнеупоров.
Электрокорунд получают в электрических печах двумя способами:
- непрерывной восстановительной плавкой каолина или боксита в присутствии углерода, при этом образуется два продукта: основной- электрокорунд и ферросплав, которые периодически раздельно выливают из печи: корунд в изложницы, ферросплав в ковши;
- периодическим расплавлением глинозёма в печах, на блок со сменной ванной, или с периодическим сливом расплава электрокорунда из печи в изложницы (Парада А.Н., Гасик М.И. Электротермия неорганических материалов, М., Металлургия, 1990, 230 с.).
Из уровня техники известен способ получения электрокорунда (SU № 929560, С01F 7/30, опубл.  23.05.1982), включающий восстановительную электроплавку глиноземсодержащего сырья в присутствии углеродистого восстановителя, выпуск высокоглиноземистого расплава и попутного металла из печи, а для снижения расхода электроэнергии и повышения производительности печи, электроплавку и выпуск высокоглиноземистого расплава ведут при 2050-2150 К с последующим введением в расплав во время или после его выпуска ферроалюминия в количестве 6%, от веса расплава. Недостатком данного способа является введение в печь дополнительных материалов, что увеличивает затраты на получение электрокорунда, кроме того, корунд содержит примеси в виде различных металлов, восстановленных в процессе восстановительной плавки.
Известен способ получения нормального электрокорунд (RU № 2171225, С01F 7/30, опубл. 27,07.2001), включающий плавку в печи бокситового сырья в присутствии углеродного восстановителя при дозированной загрузке шихты с раздельным выпуском электрокорунда и ферросплава. В печь загружают сырую шихту с влажностью 10-40% порциями 10-20% от общей загрузки через равные промежутки времени. При этом плавку ведут в течение 9-12,5 ч. При необходимости в конце плавки расплав по химическому составу корректируют предварительно просушенным бокситом в количестве 5-30% от общей загрузки шихты в печь. Недостатком данного способа является применение сырья с повышенной влажностью, что увеличивает затраты на производство электрокорунда.
Известен способ получения электрокорунда (RU № 2347766, С01F 7/38, 27.02.2009), в состав шихты которого входит термообработанный боксит состава, мас.%: корунд титаносодержащий 88-97, тиалит и рутил 1-4, алюмосиликатная стеклофаза 2-8, дополнительно вводят глинозём в количестве 40-60 мас.% от массы загруженной шихты и плавление шихты ведут в окислительно-восстановительной среде. Недостатком данного способа является многокомпонентный состав шихты для получения электрокорунда, что увеличивает затраты на производство корунда.
Наиболее близким по технической сути является способ плавки электрокорунда в электрических печах с наплавляемой из корунда футеровкой (гарнисажем), включающий загрузку глинозёма в электрическую печь, плавление глинозёма на постоянной электрической мощности и слив расплава из печи (Полубедова А.С., Крылов В.Н. и др. Производство абразивных материалов, Л., Машиностроение, 1968, С.67-68). Процесс плавления глинозёма периодический. После слива расплава проводят замеры гарнисажа ванны, при его недостаточной величине, печь включают на пониженную мощность и, после восстановления гарнисажа, продолжают плавку на полной мощности.
По технической сущности, по наличию общих признаков, данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога. Недостатком данного способа является невысокая производительность печи на выплавке электрокорунда и длительная продолжительность плавки.
Раскрытие сущности изобретения
В основу изобретения положена задача, направленная на повышение технико-экономических показателей производства электрокорунда плавлением глинозёма.
Техническим результатом является повышение производительности печи и снижение расхода электроэнергии на единицу продукции.
Технический результат достигается тем, что в способе плавки  электрокорунда, включающем загрузку глинозёма в электрическую печь, плавление глинозёма на постоянной электрической мощности, слив расплава электрокорунда из печи, согласно заявленного изобретения, после слива расплава электрокорунда, печь включают повторно, а  плавку электрокорунда разделяют на два периода:  первый период плавления электрокорунда проводят на полной мощности печи, второй период плавки проводят с понижением мощности печи на 8-18%, при этом продолжительность плавки первого периода составляет 43-47%, а второго периода 53-57% от общего времени плавки электрокорунда.
Понижение мощности менее 8% от первоначальной мощности не целесообразно, поскольку не даёт ощутимого положительного результата: снижения расхода электроэнергии на 1 т электрокорунда и увеличения производительности печи; а снижение мощности печи более 18% также не приводит к снижению расхода электроэнергии на 1 т плавленого электрокорунда, но и снижает величину гарнисажа, и, как следствие, увеличивает продолжительность последующей плавки, из-за необходимости наращивать гарнисаж.
Соотношение первого и второго периодов обусловлено максимальной производительностью печи и существенным снижением расхода электроэнергии на 1 т плавленого корунда.
Снижение мощности печи во втором периоде плавки могут проводить за счёт снижения подаваемого на электроды напряжения.
Снижение мощности печи во втором периоде плавки сохраняет боковой гарнисаж ванны, поскольку наличие стабильного бокового гарнисажа в ванне размером 120-350 мм является основой высокопроизводительной работы печи. Восстановление гарнисажа проводится в начале плавки на пониженной мощности, а это увеличивает продолжительность плавки, увеличивает расход электроэнергии на единицу продукции. Стабильное состояние бокового гарнисажа, его оптимальная величина, зависит от величины теплового излучения дуги, которое зависит от величины напряжения на электроде. Для уменьшения влияния излучения дуг на величину бокового гарнисаж, плавку на завершающем этапе проводят на более низкой мощности печи за счет снижения подаваемого на электроды напряжения. Наличие стабильного бокового гарнисажа в ванне, сокращает время плавки, увеличивает производительность печи и снижает расход электроэнергии на единицу продукции.
Примеры осуществления способа
Испытания проводили в промышленной печи мощностью 6600 кВА, выплавляющей электрокорунд переплавом глинозёма периодическим методом, печь работала на мощности 3650-4200 кВт, в интервале напряжений на электродах 218 - 232 - 247,5 - 265 В. Средняя продолжительность плавки составляла 2,0-2,5 часа. Слив расплава проводили после съёма 8300-8500 кВт·ч электроэнергии. Гарнисаж в ванне поддерживался на оптимальной величине 150-250 мм.
Пример 1 (технология прототипа). Печь работала на мощности 3620 кВт, на напряжении 232 В, продолжительность плавки составляла 2,35 часа. Расход электроэнергии на плавку составил 8500 кВт·ч; было получено 6,32 т плавленого корунда, с удельным расходом электроэнергии 1344 кВт·ч на 1 т, производительность печи составила 2,69 т в час. Величина гарнисажа составила: перед плавкой 210 мм, после окончания плавки - 60 мм.
Пример 2. Печь работала на мощности 3610 кВт, плавку проводили в два этапа: первый этап вели на напряжении 232 В, продолжительность периода длилась 1,5 часа; второй период - на мощности 3420 кВт и напряжении 218 В продолжался 0,9 часа. Общая продолжительность плавки составляла 2,4 часа, из них первый период составил 63% времени, второй период – 37% времени продолжительности плавки. Глинозём в ванну загружали (при проведении этого опыта и последующих) равномерно в течение плавки, в 5 приёмов, непрерывно в период загрузки, с темпом загрузки 110-120 кг/мин. Время между загрузками (по 7-10 минут) использовали для распределения глинозёма в ванне. Расход электроэнергии на плавку составил 8500 кВт·ч; было получено 6,57 т плавленого корунда, расход электроэнергии составил 1294 кВт·ч на 1 т, производительность печи составила 2,74 т в час. Снижение мощности во втором периоде составило 5%. Величина гарнисажа составила: перед плавкой 220 мм, после окончания плавки - 90 мм.
Пример 3. Печь работала на мощности 3900 кВт, плавку проводили в два этапа: первый этап вели на напряжении 247,5 В, продолжительность периода длилась 1,1 часа; второй период - на напряжении 232 В продолжался 1,2 часа, продолжительность плавки составляла 2,3 часа, из них первый период составил 43%, второй период – 57% времени плавки. Во втором периоде мощность снизилась до 3786 кВт. Снижение мощности составило 3,2%. Расход электроэнергии на плавку составил 8500 кВт; было получено 6,478 т плавленого корунда, расход электроэнергии составил 1312 кВт·ч на 1 т, производительность печи составила 2,82 т в час. Величина гарнисажа составила: перед плавкой 90 мм, после окончания плавки 190 мм.
Пример 4. Печь работала на мощности 4270 кВт с напряжением 247,5 В, продолжительность первого периода составила 1,0 час, второго периода плавки - 1,15 часа на мощности 3660 кВт с напряжением 232 В. Плавка продолжалась 2,15 часа: продолжительность первого периода составила 46,5% времени, второго периода – 53,5% времени плавки. Расход электроэнергии на плавку составил 8500 кВт·ч; было получено 6,934 т плавленого корунда, с удельным расходом электроэнергии 1225 кВт·ч на 1 т, производительность печи составила 3,23 т в час. Величина гарнисажа составила: перед плавкой 190 мм, после окончания плавки 210 мм. Снижение мощности за второй период составило на 14%.
Пример 5. Печь работала на напряжении 265 В при работе в первом периоде на мощности 4420 кВт, с продолжительностью периода 0,87 часа, второй период продолжался 1,0 час на напряжении 247,5 В, мощность печи в этот период составила 4050 кВт; продолжительность плавки составляла 1,87 час, из них первый период составил 47% времени, второй период – 53% продолжительности плавки. Расход электроэнергии на плавку составил 7900 кВт·ч; было получено 6,90 т плавленого корунда, с удельным расходом электроэнергии 1145 кВт·ч на 1 т, производительность печи составила 3,69 т в час. Величина гарнисажа составила: перед плавкой 240 мм, после окончания плавки 230 мм. Снижение мощности во втором периоде составила 8%.
Пример 6. Плавку корунда вели на мощности 4080 кВт, на напряжении 247,5 В, первый период, продолжительность периода 0,9 часа, продолжительность второго периода на мощности 3600 кВт и на напряжении 232 В - 1,2 часа, общая продолжительность плавки составила 2,1 часа: первый период составил 43%, второй период – 57% времени плавки. Снижение мощности во втором периоде составило 12%. Расход электроэнергии на плавку составил 7990 кВт; было получено 6,97 т плавленого корунда, с удельным расходом электроэнергии 1146 кВт·ч на 1 т, производительность печи составила 3,32 т в час. Величина гарнисажа составила: перед плавкой 230 мм, после окончания плавки 235 мм.
Пример 7. Печь работала на напряжении 265 В с мощностью 4570 кВт, продолжительность плавки: первого периода составила 0,95 часа, 44% времени плавки. Во второй период плавки печь работала на напряжении 218 В на мощности 3420 кВт, продолжительность периода составила 1,2 часа, из 2,15 часов, или 56% времени плавки. Расход электроэнергии на плавку составил 8,4 мВт; было получено 6,55 т плавленого корунда, с удельным расходом электроэнергии 1290 кВт·ч на 1 т, производительность печи составила 3,05 т в час. Снижение мощности во втором периоде составило 25%. Величина гарнисажа составила: перед плавкой 235 мм, после окончания плавки 120 мм.
Пример 8. Плавку корунда вели на напряжении 265 В, с мощностью 4430 кВт; продолжительность плавки составляла 1,9 часа. Расход электроэнергии на плавку составил 8500 кВт·ч; было получено 6,64 т плавленого корунда, с удельным расходом электроэнергии 1280 кВт·ч на 1 т, производительность печи составила 3,49 т в час. Величина гарнисажа составила: перед плавкой 190 мм, после окончания плавки 80 мм.
Проведенные опытные плавки со снижением мощности печи за счёт понижение напряжения на электродах переключением ступени напряжения трансформатора показали, что оптимальным снижением мощности печи во второй половине плавки является снижение на 8-18% (примеры 4-6), при продолжительности плавки: первого периода 42-47 % времени плавки, во втором периоде – 53-57% времени плавки. Это приводит к снижению времени на проведение плавки (из-за отсутствия времени на восстановление гарнисажа после очередной плавки при его снижении до критических величин), повышает производительность печи и снижает расход электроэнергии на 1 т плавленого корунда.
Снижение мощности на меньшую величину (примеры 2-3), а также снижение на большую величину (пример 7) не даёт ощутимого положительного результата: снижения расхода электроэнергии на 1 т электрокорунда и увеличения производительности печи; кроме того, уменьшается величина гарнисажа, что увеличивает продолжительность последующей плавки, из-за необходимости наращивать гарнисаж.