Спосіб контролю плавки титанового шлаку в закритих печах

Спосіб контролю плавки титанового шлаку у закритих печах по витраті електроенергії на 1 т титанового шлаку із вмістом не менше 82 % ТіО2, який відрізняється тим, що процес електроплавлення титанових шлаків контролюється за витратами електроенергії для періодичного процесу на плавку в цілому і на кожному її періоді залежно від складу завантажуваного в піч титанового концентрату і відповідає емпіричному виразу в цілому по плавці: де W - кількість електроенергії в цілому на плавку, МВт·год.; 1,38 - коефіцієнт, що враховує витрати електроенергії на нагрівання і плавлення шихти, МВт·год./т шлаку; (1,50÷1,55)- коефіцієнт, що враховує витрати електроенергії на відновлення оксидів і теплові втрати в період доведення, МВт·год./т шлаку; FeO, ТіО2 - вміст оксидів заліза і титану в концентраті або в суміші концентратів, %; n - маса шлаку при повному випуску, т, причому на стадії повного розплавлення шихти, відбору проби і початку доведення витрати електроенергії складають (0,6-0,66)W, витрати електроенергії на стадії доведення складають (0,250,30)W, витрати електроенергії на стадії відстоювання розплаву перед зливом складають (0,050,1)W. Корисна модель стосується кольорової металургії, а саме, контролю плавки титанового шлаку в закритих в руднотермічних печах. При плавці титанових шлаків у відкритих і напівзакритих руднотермічних печах плавку контролюють (ступінь розплавлення шихтових матеріалів, наявність хрестовин, настилів, стан гарнісажу та ін.), здійснюючи візуальний огляд внутрішнього простору печі безпосередньо, при відкритій печі або через робочі вікна при напівзакритій печі. У закритих печах, що працюють в періодичному режимі з одночасним завантаженням в піч всієї шихти і одночасним випуском з печі всього розплаву при протіканні всієї плавки в декілька стадій можливість проведення візуального контролю плавки відсутня. Відомий спосіб контролю плавки титанового шлаку в руднотермічній печі [Сергеев В.В., и др. Металлургия титана. - М.: Металлургия, 1971, с.57-59], при якому контроль здійснюють, спираючись на величину витрат електроенергії, що приходиться на 1т шлаку. Це дозволяє управляти процесом плавки, спираючись на показання електролічильника, та у деякій мірі стабілізувати процес. Проте приведений спосіб не дозволяє повністю контролювати плавку в закритій печі, оскільки він базується лише на теоретичних розрахунках та припущеннях, таких як коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) печі, питомій витраті електроенергії та інших, які не відповідають практичним даним на промислових печах. Вказано, що питомі витрати електроенергії на виплавку титанового шлаку з концентрату, який містить 42-44% ТіО2 більші на 30-32%, ніж з концентрату, який містить 60-63% ТіО2, але не вказані витрати електроенергії або спосіб їх визначення при проміжних значеннях ТіО2. Оскільки вміст ТіО2 не характеризує однозначно властивості концентрату, неможливо точно визначити витрати електроенергії без урахування вмісту оксидів заліза, на відновлення яких витрачається до третини уведеної в піч електроенергії. Корисна модель вирішує задачу оптимізації і підвищення економічної ефективності отримання титанових шлаків у закритих руднотермічних печах ⎡ FeO ⎤ W = ⎢1,38 + (1,50 ÷ 1,55) ⎥ • n, TiO 2 ⎦ ⎣ (19) UA (11) 41578 (13) U 1 3 за рахунок вдосконалення контролю витрат електроенергії в процесі виплавки титанових шлаків з урахуванням вмісту ТіО2 та FeO в початковому концентраті. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомому способі контроль плавки титанового шлаку у закритих печах визначається по витраті електроенергії на 1т титанового шлаку із вмістом не менше 82% ТіО2, новим є те, що процес електроплавлення титанових шлаків контролюється за витратами електроенергії для періодичного процесу на плавку в цілому і на кожному її періоді залежно від складу завантажуваного в піч титанового концентрату і відповідає емпіричному виразу в цілому по плавці: ⎡ FeO ⎤ W = ⎢1,38 + (1,50 ÷ 1,55) ⎥ • n, TiO 2 ⎦ ⎣ де W - кількість електроенергії в цілому на плавку, МВт·год.; 1,38 - коефіцієнт, що враховує витрати електроенергії на нагрівання і плавлення шихти, МВт·год./т шлаку; (1,50÷1,55) - коефіцієнт, що враховує витрати електроенергії на відновлення оксидів і теплові втрати в період доведення, МВт·год./т шлаку; FeO, ТіО2 - вміст оксидів заліза і титану в концентраті або в суміші концентратів, %; n - маса шлаку при повному випуску, т, причому на стадії повного розплавлення шихти, відбору проби і початку доведення витрати електроенергії складають (0,6-0,66)W, витрати електроенергії на стадії доведення складають (0,25-0,30)W, витрати електроенергії на стадії відстоювання розплаву перед зливом складають (0,05-0,1)W. Значення коефіцієнту 1,38 у виразі для кількості витраченої електроенергії в цілому на періодичну плавку отримано після багаторічних практичних досліджень роботи руднотермічних печей для виплавки титанового шлаку. Цей показник враховує лише витрати електроенергії на нагрівання та розплавлення шихти. В коефіцієнті враховані також електричні та теплові втрати, які майже не залежать від складу самої шихти. Після розплавлення шихти починається інтенсивне відновлення титанового концентрату. Витрати електроенергії напряму пов'язані з хімічним складом концентрату, головним чином, з вмістом FeO та ТіО2, які в сукупності складають по масі до 95% від всіх компонентів. Показник (1,50÷1,55) є коефіцієнтом, що враховує витрати електроенергії на стадії відновлення концентрату, електричні та теплові втрати, а також час проходження процесу відновлення. Спосіб, що заявляється, здійснюється таким чином. В періодичному процесі отримання шлаку визначають відсоткове відношення FeO/ТіО2 у концентраті або суміші концентратів, кількість випущеного шлаку залежить від кількості завантаженого концентрату та його складу, кількість електроенергії, після витрати якої починають випуск шлаку, встановлюють за емпіричним виразом: 41578 4 ⎡ FeO ⎤ W = ⎢1,38 + (1,50 ÷ 1,55) ⎥ • n, TiO 2 ⎦ ⎣ Витрати електроенергії, рівні (0,6-0,66)W, означають, що стадію розплавлен-ня шихти закінчено, слід відібрати пробу шлаку і приступити до доведення шлаку за хімскладом з порційною присадкою в піч вуглецевого відновника, кількість якого визначають за наслідками експрес-аналізу першої проби. Другу стадію, що включає доведення шлаку за хімскладом з повною присадкою усього відновника, припиняють після досягнення витрат електроенергії від його початку, рівних (0,250,30)W. Починається відстоювання шлаку для осадження корольків металу, що заплуталися в шлаку. Після досягнення витрат електроенергії від початку стадії відстою, рівних (0,05-0,1)W розплав з печі зливають. При наявності відповідної автоматизованої системи управління, основним вхідним параметром алгоритму якої є показання лічильника уведеної електроенергії, усі три стадії періодичного процесу, виключаючи випуск, проводяться в автоматичному режимі. Випуск шлаку з печі механізований, але проводиться при безпосередній участі обслуговуючого персоналу. Приклади. Плавки титанового шлаку здійснювали в електродуговій печі з номінальною потужністю 250кВт за трьома варіантами. Проведенню плавок чередувала серія рядових плавок для попереднього прогрівання печі і нарощування гарнісажа. Варіант 1. За прототипом. Плавку вели періодично, загальне завантаження плавки склало 150кг. Шихта складалася з суміші концентратів із середнім вмістом ТіО2 - 50%, FeO - 43,8% і антрациту, який використовували як відновник, що задавався з розрахунком отримання в шлаку 10% FeO після розплавлення і 3,3% FeO після доведення перед випуском плавки. Робоче вікно було герметично закритим, шихта подавалася труботічками. В результаті плавки був отриманий титановий шлак у кількості 0,0732т, що містить 3,35% FeO і 87,2% Ті3О5 і метал у кількості 44,1кг. За розрахунковим виразом загальні витрати електроенергії на плавку повинні складати: W=[96500/(0,05468·860·0,85)]·0,0732=176,55кВт· що дорівнює 2412кВт·год. на 1т шлаку. Здійснити випуск продуктів плавки у розрахунковий час не було можливості, оскільки розплав у печі не перегрівався з-за недостатньої кількості уведеної електроенергії. Після відкриття льоточного отвору, вдалося злити частку металу. Шлак злити з печі не вдалось, плавку продовжили. Після випуску шлак мав вміст FeO у кількості 7,1% замість запланованих 3,3%, що свідчить про незавершеність відновних реакцій у печі. Загальна тривалість плавки від завантаження шихти в піч до випуску розплаву склала 3,2 години. Варіант 2. Приклад за рішенням, що заявляється. Плавку проводили періодичним процесом з разовим завантаженням шихтових матеріалів. Загальне завантаження плавки склало 150кг. Склад шихти був аналогічний складу шихти плавки за 5 41578 прототипом, робоче вікно було герметично закрите, шихта подавалася труботічками. В результаті плавки був отриманий титановий шлак у кількості 0,0713т, який містив 3,25 FeO і 87% оксидів титану в перерахунку на Ті3О5 і метал в кількості 45,1кг. За емпіричним виразом загальні витрати електроенергії на плавку: годW=[1,38+(1,55)· 43,8 50,8 ]·0,0713=0,19368кВт·год. складуть 2716кВт·год. на 1т шлаку. За даними, обґрунтованими показаннями лічильника електроенергії, кількість електроенергії, витраченої за плавку, склала 200,2кВт·год., що відповідає 2807,8кВт·год. на 1т шлаку. Різниця в кількості витраченої електроенергії на плавку, зафіксованої електролічильником і визначеної за емпіричним виразом складає 3,27%. За перший період плавки, що включає розплавлення шихти, відбір проби, початок доведення з порційною подачею в піч через труботічки першої порції вуглецевого відновника, було витрачено 0,65•193,68=125,8кВт·год. електроенергії. За другий період плавки, що включає доведення з повним завантаженням в піч необхідної Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 6 кількості вуглецевого відновника, було витрачено 0,27•193,68=52,28кВт·год. електроенергії. За третій період плавки, що включає відстоювання розплаву перед зливанням, було витрачено 0,08•193,68=15,48кВт·год. електроенергії. Загальна тривалість плавки від завантаження шихти в піч до випуску розплаву склала 2,8 години. Порівняння по показникам проводили на двох плавках: за варіантом 1 по прототипу та варіантом 2 по заявленому способу, тому що вони були проведені на однакових печах, ідентичними технологіями та сировиною. Тривалість плавки за варіантом 1 перевищила тривалість плавки за варіантом 2 на 17,5%, а загальні витрати електроенергії за електролічильником склали 3238кВт·год. на 1т шлаку, що на 15% вище, ніж зафіксована витрата електроенергії плавки за варіантом 2. Таким чином контроль плавки титанового шлаку в закритих печах по технічному рішенню, що заявляється, дозволяє при вищій якості шлаку знизити тривалість плавки на 16-20%, а питомі витрати електроенергії знизити на 15-20%. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601