способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве
Классы МПК: | H05B7/06 электроды H05B7/08 нерасходуемые C22B9/187 устройства для этой цели, например печи |
Автор(ы): | Русаков М.Р., Рябко А.Г., Боборин С.В., Востриков Г.В., Книсс В.А. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Институт Гипроникель" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-07-28 публикация патента:
20.10.2000 |
Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, в частности к электропечам с погруженными в шлаковый расплав электродами. Способ защиты нерасходуемого электрода, содержащего держатель, к котрому подводится электроэнергия, и погружаемый в расплав металлический наконечник из карбидообразующего материала с осевым отверстием, предусматривает подачу восстановительного газа через осевое отверстие. Мощность, приходящуюся на электрод, выбирают из расчета получения в приэлектродной зоне удельной мощности в пределах от 10 до 20 МВт/м3, где объем приэлектродной зоны определяется как объем цилиндра высотой H + dэ/2 и диаметром 2,38 dэ, а расход восстановительного углеводородсодержащего газа выбирают из соотношения
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158062/2158062t.gif)
где Qг - расход газа, нм3/ч; dс - диаметр сопла, м; dэ - диаметр электрода, м; H - заглубление электрода в шлаковый расплав, м. Техническим результатом является то, что позволяет повысить надежность работы электрода при снижении расхода восстановительного газа. Поддержание содержания углерода в восстановительном углеводородсодержащем газе на уровне 0,4 - 0,5 кг на 1 нм3 позволяет дополнительно снизить расходы на восстановительный газ. 2 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158062/2158062t.gif)
где Qг - расход газа, нм3/ч; dс - диаметр сопла, м; dэ - диаметр электрода, м; H - заглубление электрода в шлаковый расплав, м. Техническим результатом является то, что позволяет повысить надежность работы электрода при снижении расхода восстановительного газа. Поддержание содержания углерода в восстановительном углеводородсодержащем газе на уровне 0,4 - 0,5 кг на 1 нм3 позволяет дополнительно снизить расходы на восстановительный газ. 2 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Формула изобретения
1. Способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, содержащего держатель, к которому подводится электроэнергия, и погружаемый в расплав металлический наконечник из карбидообразующего материала с осевым каналом, включающий продувку через осевой канал восстановительного газа при поддержании определенной мощности, приходящейся на электрод, отличающийся тем, что мощность, приходящуюся на электрод, выбирают из расчета получения в приэлектродной зоне значения удельной мощности в пределах от 10 до 20 МВт/м3, где объем приэлектродной зоны определяется как объем цилиндра диаметром, равным 2,38 dэ, и высотой H + dэ/2, а расход восстановительного углеводородсодержащего газа, продуваемого через осевой канал, выбирают из соотношения![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158062/2158062-6t.gif)
где Nэ - мощность приходящаяся на электрод, МВт;
Qг - расход газа, нм3/ч;
dс - диаметр сопла, м;
dэ - диаметр электрода, м;
H - заглубление электрода в шлаковый расплав, м. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание углеводородсодержащего газа в смеси с инертным газом должно обеспечить содержание углерода в смеси в пределах 0,4 - 0,5 кг/нм3. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при переработке безжелезистых шлаков в последние добавляют флюс, содержащий оксиды железа с получением содержания железа в шлаке не менее 12%.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области цветной и черной металлургии, в частности к электропечам с погруженными в шлаковый расплав электродами, предназначенным для плавки руд, концентратов, обеднения шлаков, и может быть использовано, например, при переработке сырья, содержащего тяжелые цветные и благородные металлы (медь, никель, кобальт, цинк, золото и т.д.). Известны способы защиты электродов в шлаковом расплаве, при которых различными приемами защищается поверхность электродов за счет покрытия поверхности электрода защитным керамическим слоем (А.с. СССР N 401024) или обдувом поверхности электродов инертным или защитным газом (А.с. СССР N 337019). Недостатками указанных способов является низкая эффективность применяемых приемов, которые по существу не позволяют создать нерасходуемый электрод, а приводят к той или иной степени снижения его расхода в подсводовом пространстве печи или в шлаковом расплаве. Известен также способ защиты электрода в шлаковом расплаве, при котором вдувают газ через, по крайней мере, одно отверстие на торце электрода со скоростью истечения газа в диапазоне 50 - 300 м/с (патент России N 1736013). Недостатком указанного способа является то, что он не обеспечивает надежной защиты электрода в шлаковом расплаве. Отсутствуют параметры, которые обеспечивают защиту электрода от разрушения в шлаковом расплаве в зависимости от размеров электрода и вводимой мощности, в результате чего расход подаваемого газа оказывается значительно выше необходимого. Наиболее близким по технической сущности является способ защиты нерасходуемого электрода (патент России N 1094567), содержащего водоохлаждаемый держатель, к которому подводится электроэнергия и крепится погружаемый в расплав металлический наконечник из карбидообразующего материала, через отверстие в котором в расплав продувают восстановительный газ, при этом плотность тока в токопроводящей погружаемой в расплав шлака части наконечника поддерживают не менее 20А/см2, а мощность, приходящуюся на электрод, определяют по формуле Nэ![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158004/8805.gif)
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158062/2158062-3t.gif)
где Qг - расход газа, нм3/ч;
dс - диаметр сопла, м;
dэ - диаметр электрода, м;
H - заглубление электрода в шлаковый расплав, м,
а объем приэлектродной зоны определяется как объем цилиндра диаметром 2,38 dэ и высотой H+dэ/2. Восстановительный газ выбирают из группы углеводородсодержащих газов. Поддержание содержания углерода в восстановительном углеводородсодержащем газе на уровне 0,4-0,5 кг на 1 нм3 подаваемой газовой смеси позволяет дополнительно снизить затраты на восстановительный газ. В шлаковый расплав добавляют флюс, содержащий оксиды железа, с получением содержания железа в шлаке не менее 12%. Указанные приемы и параметры были установлены в результате исследований. Изучение механизма "нерасходуемости" электрода показало, что на погружаемом в расплав наконечнике имеют место два процесса: 1- расходование электрода за счет его взаимодействия со шлаковым расплавом под воздействием высокой температуры и 2 - осаждение на электроде восстановленного из шлака железа, обогащенного углеродом. Соотношение скоростей этих двух процессов и приводит к защите электрода или его расходованию, этим фактором и объясняется роль удельной мощности в приэлектродной зоне. При ее значении менее установленного скорость первого процесса больше скорости второго, т.к. температура в приэлектродной зоне снижается, что приводит соответственно к снижению скорости восстановления железа и образования защитного слоя и электрод расходуется. При превышении этой величины скорость растворения, вероятно? также превышает скорость образования защитного слоя, т.к. электрод расходуется. В приэлектродной зоне выделяется основное количество тепла от электроэнергии, вводимой через электрод, поэтому тепловым режимом именно этой зоны определяется защищенность электрода. Объем приэлектродной зоны определяется как объем цилиндра диаметром, равным 2,38
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158062/2158062-4t.gif)
где Nэ - мощность, приходящаяся на электрод, МВт;
Qг - расход газа, нм3/ч;
dс - диаметр сопла, м;
dэ - диаметр электрода, м;
H - заглубление электрода в шлаковый расплав, м. Расход газа менее определенного по формуле приводит к расходуемости электрода, превышение расхода по сравнению с указанным также обеспечивает "нерасходуемость" электрода, но приводит к повышенному сверх необходимого расходу газа. В качестве восстановительного газа, помимо природного, использовали другие углеводородосодержащие газы: пропан, соляровое масло, распыленное в токе азота. Было установлено, что содержание углерода в указанной смеси должно быть 0,4-0,5 кг на 1 нм3 подаваемой газовой смеси. При меньшем содержании углерода происходит расходование электрода, а превышение указанной величины обеспечивает "нерасходуемость", но приводит к повышенному расходу углеродсодержащего компонента сверх необходимого. Было также установлено, что в случае содержания в шлаке менее 10% железа электрод расходуется даже при соблюдении указанных условий. Промышленные шлаки цветной и черной металлургии имеют содержание железа, как правило, превышающее эту величину. Однако, в случае необходимости проведения электротермического процесса со шлаками, содержащими железо ниже указанной величины, необходимо добавлять в указанные шлаки железистый флюс. Испытания проводились на укрупненно-лабораторной трехэлектродной электропечи мощностью 400 кВА с размерами печного пространства 1120
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158003/183.gif)
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158062/2158062-5t.gif)
где v - скорость расходования электрода, г/(см2
![способ защиты нерасходуемого электрода в шлаковом расплаве, патент № 2158062](/images/patents/313/2158003/183.gif)
G1 - вес электрода до проведения опыта, г;
G2 - вес электрода после проведения опыта, г;
S2 - площадь поверхности электрода, погруженного в расплав, см2;
t - время проведения опыта, мин. При отрицательном значении v электрод расходовался, а при положительном значении происходил прирост массы электрода, при нулевом значении v имела место стабилизация электрода. В проведенных исследованиях в качестве восстановительного газа применяли водород. Опыты показали, что даже при соблюдении установленных параметров электрод расходуется. В качестве восстановительного газа, помимо природного, использовали другие углеводородсодержащие газы: пропан, соляровое масло, распыленное в токе азота. Ниже в табл. 1 приведены результаты испытания нерасходуемого электрода в различных режимах и параметрах процесса. Как видно из представленных данных, одновременное соблюдение двух заявленных параметров в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает устойчивую защиту электрода в шлаковом расплаве. Отклонение от указанных параметров приводит к расходу электродов либо сопряжено с повышенным расходом газа. Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 401024, кл. H 05 В 7/06, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР N 337019, кл. С 21 С 5/56, 1962. 3. Патент России N 1736013, кл. H 05 В 7/06, 1992. 4. Патент России N 1094567, кл. H 05 B 7/08, 1980г.
Класс C22B9/187 устройства для этой цели, например печи