книги из ГПНТБ / Рудницкий В.Б. Автоматизация процессов рудной электроплавки в цветной металлургии

АВТОМАТИЗАЦИЯ

ПРОЦЕССОВ

РУДНОЙ

ЭЛЕКТРОПЛАВКИ В ЦВЕТНОЙ

МЕТАЛЛУРГИИ

УДК 669.2:65.011.56

Автоматизация процессов рудной электроплавки в цветной металлур­

Приведены краткие сведения по технологии электроплавки мед­ но-никелевых руд и концентратов, конструкции электропечных агрега­ тов, рассмотрены методики экспериментальных исследований и харак­ теристики руднотермической печи как объекта автоматизации. Описа­ ны принципы действия и схемы устройств для автоматического контроля и регулирования электрических и технологических парамет­ ров рудной электроплавки. Обобщен опыт работ по разработке и внедрению новых устройств автоматизации руднотермических элект­ ропечей для плавки медно-никелевых руд и концентратов. Рассмотре­ ны перспективы оптимального управления рудной электроплавкой.

Книга предназначена для инженерно-технических работников, за­ нимающихся проектированием и эксплуатацией систем КИП и авто­ матики в цветной металлургии. Она может быть полезна студентам техникумов и вузов соответствующих специальностей.

© Издательство «Металлургия» 1973

3103-132

Р124—73

2.Динамические характеристики руднотермической печи 68

ПРЕДИСЛОВИЕ

Электроплавка— один из важнейших технологиче­ ских процессов в металлургии черных и цветных метал­ лов. Широкое применение руднотермические печи нахо­ дят также при производстве продуктов химической, аб­ разивной и других отраслей промышленности.

Автоматизация является необходимым условием, обеспечивающим интенсификацию и получение требуе­ мых технико-экономических показателей процесса элек­ троплавки. Однако, несмотря на широкое применение электроплавки, вопросы автоматизации руднотерми­ ческих печей недостаточно освещены в литературе.

Предлагаемый материал является обобщением опыта работ по автоматизации руднотермических электропе­

канским институтом «НИИАвтоматика» в содружестве с Кишиневским политехническим институтом и комбина­ том «Печенганикель» под руководством и при непосред­ ственном участии, автора, а также некоторые закончен­ ные работы других организаций (ВНИКИ «Цветметавтоматика», КБ «Термоприбор» и др.). Описанные в книге новые разработки устройств автоматизации, по кото­ рым получены положительные результаты эксплуатации на руднотермических печах цветной металлургии, могут найти применение при автоматизации руднотермических печей других отраслей промышленности.

Вследствие ограниченного объема книги дополнитель­ ные сведения по некоторым вопросам (технология элект­ роплавки, серийные приборы контроля и регулирования и др.) можно получить из литературных источников. Но­ вые материалы по автоматизации руднотермических электропечей (статические и динамические характери­ стики объекта регулирования, бесконтактный регулятор мощности БРМ-1, электромеханический уровнемер рас­ плава ЭМУР-1 и др.) изложены более подробно.

Раздел первый

РУДНОТЕРМИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ

Г л а в а I

ЭЛЕКТРОПЛАВКА МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ

Электроплавка является одним из важнейших и пер­ спективных процессов в металлургии черных и цветных металлов, в химической промышленности. В черной ме­ таллургии электроплавку применяют в основном для

В электропечах осуществляется восстановительная плав­ ка оловянных, свинцовых и цинковых концентратов. Электроплавку эффективно используют для переработки различных шлаков с целью глубокого извлечения ме­ таллов.

Наиболее крупных масштабов достигла рудная элек­ троплавка сульфидного медно-никелевого и медного сырья. Установленная мощность парка электропечей приближается к 500 Мва, мощность единичного агрегата превышает 30 Мва. Поскольку в настоящей книге авто­ матизация руднотермических печей рассмотрена на при­ мере электроплавки медно-никелевых руд и концентра­ тов, остановимся на технологии этого процесса.

1.ТЕХНОЛОГИЯ РУДНОЙ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ

Внастоящее время никель в заводских масштабах выплавляют из двух типов никелевых руд: сульфидных (медно-никелевых) и окисленных (силикатных). В Со­

ветском Союзе сульфидные медно-никелевые руды добы­ вают на Кольском полуострове (комбинаты «Печенганикель» и «Северонпкель») и в Таймырском округе (Но­ рильский комбинат), окисленные никелевые руды— на Среднем и Южном Урале (комбинат «Южуралникель», Уфалейский никелевый завод). Открыты новые место­ рождения окисленных никелевых руд в Оренбургской области (Буруктальское месторождение), на Украине (Побужское месторождение) и др. За рубежом большое месторождение сульфидных медно-никелевых руд имеет­

никелевых руд различна. В Советском Союзе основным методом переработки сульфидных медно-никелевых руд служит электроплавка [1, 2]. За рубежом электроплав­ ку медно-никелевого сырья применяют в Канаде на за­ воде «Томпсон» [3].

Переработку окисленных никелевых руд на действу­ ющих заводах страны осуществляют путем восстанови- тельно-сульфидирующей плавки в шахтных печах на штейн. Для новых строящихся предприятий—Бурукталь- ского и Побужского комбинатов — в институте «Гипроникель» разработана и опробована технология электро­ плавки ферроникеля из окисленных никелевых руд, ха­ рактеризующаяся высоким извлечением никеля и кобальта в железоникелевый сплав, сравнительно низким расходом восстановителя и электроэнергии, комплекс­ ным использованием сырья и возможностью автомати­ зации процесса [4].

Подготовка шихты к плавке

Состав сульфидных медно-никелевых руд изменяет­ ся в широких пределах по различным месторождениям. Однако их минералогический состав имеет много обще­ го. Никель находится в основном в виде минерала пентландита (Ni, Fe) S, представляющего собой изоморф­ ную смесь сульфидов железа и никеля. Из медных ми­ нералов преобладает халькопирит CuFeS2. Обычно присутствует кобальт в виде CoS. Основным сульфидом железа является пирротин FeySs. Пустая порода состо­ ит из ряда минералов и горных пород, основные компо­

в руднотермические электропечи, должно удовлетво­ рять следующим требованиям: однородность химическо­ го состава, определенное содержание цветных металлов и шлакообразующих окислов, оптимальная крупность и минимальная влажность.

Сырье перед плавкой подвергают предварительной подготовке, заключающейся в дроблении, обогащении, сушке, окусковании флотоконцентратов и рудной ме­ лочи, обжиге в кипящем слое, шихтовке. Объем подго­ товительных операций зависит от вида сырья и содер­ жания в нем металлов.

Бедные руды, содержащие менее 1,5% никеля, под­ вергают флотационному обогащению на обогатитель­ ной фабрике. Получаемый флотоконцентрат, содержа­ щий 4—6% никеля, плавят вместе с богатой крупноку­ сковой рудой либо перед электроплавкой окусковывают методом агломерации или окатывания с последующим агломерирующим обжигом [5]. Богатые руды, содер­ жащие никеля более 2,0%, направляют на электроплав­ ку без обогащения. Подготовка богатых руд к плавке заключается в дроблении до крупности 20—50 мм.

При необходимости руду, поступающую на плавку, подсушивают до влажности около 3,0% во вращающих­ ся сушильных барабанах. К содержанию влаги в шихте для электроплавки предъявляют жесткие требования. Загрузка в печь шихты с повышенным содержанием влаги приводит к нарушению режима плавки, а в слу­ чае опрокидывания шихтовых откосов в ванну печи про­ исходит сильный взрыв—хлопок, который разрушает свод и опасен для обслуживающего персонала.

Заключительным этапом подготовки сырья к плавке является шихтовка — процесс смешения различных ком­ понентов шихты в заданной пропорции. Для улучшения состава рудного сырья к нему добавляют вспомогатель­ ные материалы — флюсы и восстановитель (каменный уголь, коксик). При смешении материалов стремятся по­ лучить шихту такого химического состава, чтобы при плавлении ее обеспечить максимальный проплав при незначительных потерях металлов с отвальными шлака­