Руднотермічна електропіч та спосіб її завантаження

Винахід відноситься до чорної та кольорової металургії, і може бути використаний на руднотермічних електропечах, переважно при одержанні титанових шлаків. Найбільш близьким до пристрою, що заявляється, є технічне рішення, яке наведене у описі винаходу за а.с. СРСР № 1195169 (М.Кл3. F27D 19/00, заявл. 08.06.84, опубл. 30.11.85). Відома руднотермічна електропіч містить ванну з зануреними у неї електродами, бункер з труботічками для подачі шихти, пристрій управління загрузкою, який включає диференціальні датчики струму, що з’єднані з мережею кожного електрода печі, обчислювальний блок та комутаційний блок, вхід якого з’єднання з виходом обчислювального блока. Відомий пристрій містить також кільцеподібний розподільник шихти, установлений над труботічками, та односторонні скидачі шихти з приводами, установлені на кільцеподібному розподільнику шихти. Вихід обчислювального блока через комутаційний блок з’єднаний з приводами односторонніх скидачів шихти. Відомий пристрій не забезпечує високу виробність руднотермічної електропечі при виплавці титанових шлаків та їх високу якість. Це пояснюється таким чином. У відомій електропечі пристрій управління загрузкою, що використовується, провадить вимірювання миттєвих значень швидкості зміни величин струму, що достатньо складно. Це пов’язано із необхідністю частого перерахування наперед заданого еталонного значення швидкості зміни струму. Крім того, точність вимірювання струмової складової значно знижують такі фактори, як температура, електромагнітне поле, вологість, тиск, вібрація, іонізаційні гази, забрудненість повітря, наявність домішок. Усе це призводить до того, що відомий пристрій не забезпечує точного розрахунку оптимальної кількості компонентів шихтової суміші, які подають до печі. Це, в свою чергу, призводить до розрегулювання загрузки печі, що спричиняє порушення температурного режиму плавки. Наслідком порушення температурного режиму є уповільнення стадії відновлення. Крім того, це може викликати ефект скіпання, який погіршує розподіл продуктів плавки та негативно впливає на якість шлаку, що одержується. Усі ці фактори знижують виробність руднотермічної електропечі. Найбільш близьким за технічною суттю до способу загрузки руднотермічної печі, що заявляється, є спосіб за а.с. СРСР №1195169 (М.Кл3 . F27D 19/00, заявл. 08.06.84, опубл. 30.11.85). Відомий спосіб здійснюють шляхом подачі шихти та наступної дозованої подачі компонентів шихтової суміші в залежності від електричного режиму роботи печі, при якому вимірюють струмову складову кожного електрода та за результатами порівняння з еталонним значенням регулюють загрузку. У відомому способі безперервно вимірюють швидкість зміни величин струму кожного електрода, порівнюють ці величини з наперед заданим еталонним значенням швидкості зміни струму та подають компоненти шихтової суміші під електрод, який працює з найбільшим відхиленням. Проте відомий спосіб не забезпечує високу якість титанового шлаку, що одержується, та високу виробність руднотермічної електропечі. Це пов’язано з тим, що при здійсненні способу виміряння швидкості зміни величин струму кожного електрода і порівняння її з наперед заданим еталонним значенням не дозволяє забезпечити подачу кількості компонентів шихтової суміші з необхідним ступенем точності. Крім того, відповідно до відомого способу, подачу усіх компонентів шихтової суміші здійснюють одночасно та під кожний електрод. Це призводить до розрегулювання загрузки і, як наслідок, до нерівномірного розподілу температур у розплаві. Перерозподіл температур в усьому розплаві негативно впливає на процес відновлення, уповільнюючи його. Крім того, уведення шихтових компонентів відомим способом може спричинити скипання розплаву, що завадить та уповільнює відстій, погіршує розподіл продуктів плавки. Це, в свою чергу, призводить до низької якості продукту, що одержується, та до втрат основного металу. При цьому шихта, яку подають на загрузку, містить компоненти дрібних фракцій, що призводить до збільшення пилогазовиносу. Таким чином, використання відомого способу призводить до розрегулювання загрузки печі, обумовлює велику тривалість плавки. При цьому витрати компонентів шихтової суміші, зокрема, відновника, високі, а виробність печі та якість продукту, що одержується, низькі. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення руднотермічної електропечі, в якій введення нових елементів та зв’язків між ними, а також нове конструктивне виконання елементів дозволяє забезпечити оптимізацію витрат відновника та стабілізацію температурного режиму плавки, і за рахунок цього підвищити якість продукту, що одержується, та виробність руднотермічної електропечі. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу загрузки руднотермічної електропечі, в якому введення додаткових операцій та зміна умов їх виконання дозволяють забезпечити оптимізацію витрат відновника та стабілізацію температурного режиму плавки і, за рахунок цього, підвищити якість продукту, що одержується, та виробність печі. Поставлена задача вирішується тим, що у руднотермічній електропечі, яка містить ванну з зануреними у неї електродами, бункер з труботічками для подачі шихти, пристрій управління загрузкою, що включає диференціальні датчики струму, що з'єднані з мережею кожного електрода, обчислювальний блок та комутаційний блок, вхід якого з’єднаний з виходом обчислювального блока, новим є те, що електропіч додатково містить бункер з труботічками для подачі відновника, споряджений керованим живильником з електродвигуном, а пристрій управління загрузкою споряджений додатково перетворювачем струму, який інтегрує, входи його з’єднані з диференціальними датчиками струму, вихід з’єднаний з входом обчислювального блока, а вихід комутаційного блока з’єднаний з електродвигуном керованого живильника. Причинно-наслідковий зв’язок між ознаками пристрою, що заявляється, та технічним результатом, що досягається, пояснюється таким чином. Одночасне спорядження руднотермічної електропечі додатковим бункером з труботічками та керованим двигуном живильником і перетворювачем струму, який інтегрує, що розташований між диференційними датчиками струму та обчислювальним блоком, дозволяє забезпечити точне визначення сили струму на кожному електроді у визначений момент часу, усереднити його та здійснити дозовану подачу відновника у зону розплаву печі. Необхідність дозованої подачі відновника виникає в зв’язку з його постійним витрачанням на процес відновлення заліза. Подача оптимально кількості відновника сприяє прискоренню процесу, та, як наслідок, скорочує тривалість усього процесу. Наявність перетворювача струму, який інтегрує, у сукупності з відомими елементами дозволяє одержати усереднені показники миттєвих значень сили струму на кожному електроді, визначити точне значення сили струму у кожний момент часу та, після порівняння його з еталонним, забезпечити, якщо необхідно, передачу сигналу до електродвигуна керованого живильника бункера для подачі відновника в розплав. Таким чином, з великим ступенем точності досягається подача оптимальної кількості відновника в розплав. Забезпечення пристроєм за винаходом своєчасної подачі оптимальної кількості відновника в зону розплаву стабілізує температурний режим плавки, збільшує виробність печі при поліпшенні якості продукту, що одержують. При цьому знижуються загальні витрати відновника. Відносно способу для загрузки руднотермічної електропечі поставлена задача вирішується тим, що у способі загрузки руднотермічної електропечі шляхом подачі шихти та наступної дозованої подачі компонентів шихтової суміші в залежності від електричного режиму роботи печі, при якому вимірюють струмову складову кожного електрода та за результатами порівняння з еталонним значенням регулюють загрузку, новим є те, що як струмову складову обирають силу струму, яку після вимірювання усереднюють по усім електродам, а як компонент шихтової суміші, що дозують, обирають відновник, який подають у зону розплаву. Причинно-наслідковий зв’язок між сукупністю суттєвих ознак способу, що заявляється, та технічним результатом, що досягається, полягає в тому, що введення додаткових операцій та зміна умов їх виконання в способі загрузки руднотермічної електропечі, що заявляється, а саме: - як струмову складову обирають силу струму; - силу струму після вимірювання усереднюють по усім електродам; - як компонент шихтової суміші, що дозують, обирають відновник; - відновник подають у зону розплаву в сукупності з відомими ознаками забезпечують поліпшення якості продукту, який одержують, та підвищення виробності печі. Вимірювання сили струму на кожному електроді, усереднення значень сили струму як на кожному електроді, так і загального показника сили струму печі, та порівняння одержаних величин з заданим еталонним дозволяє своєчасно здійснити подачу відновника в зону розплаву. Подача відновника за способом, що заявляється, дозволяє стабілізувати температурний режим усієї печі. Це благотворно впливає на процес відновлення, який відбувається поступово, але достатньо швидко, при цьому розподіл продуктів плавки відбувається вже під час відновлення, що у кінцевому підсумку скорочує тривалість усієї плавки. Стабілізація температурного режиму дозволяє запобігти ефекту скипання розплаву, що поліпшує розподіл продуктів плавки та знижує втрати основного металу, отже забезпечує підвищення якості титанового шлаку, який одержують. Стабілізація температурного режиму межі шлак-металевий шар у зоні плавлення шихти, тобто у найбільш відповідальній зоні ванни печі, поліпшує хід та основні показники технологічного процесу. Крім того, в процесі плавки знижується пилогазовинос, тому що відновник, що дозують, має більш крупні фракції, ніж інші компоненти шихти, наприклад концентрат. Таким чином, спосіб за винаходом забезпечує оптимізацію витрат відновника, стабілізацію температурного режиму, що дозволяє підвищити виробність печі та якість продукту, що одержують. Суть винаходу пояснюється кресленням, де на фігурі зображена схема руднотермічної електропечі, на якій реалізується спосіб за винаходом. Руднотермічна електропіч 1 містить ванну 2, в яку занурені електроди 3. Над піччю розташований бункер 4 для подачі шихти з установленими під ним труботічками 5 (на схемі показано одну). З мережею кожного електрода 3 з’єднані диференційні датчики 6 струму, виходи яких з’єднані з входом перетворювача 7 струму, який інтегрує, з його виходом з’єднаний вхід обчислювального блока 8. Вихід обчислювального блока 8 з’єднаний зі входом комутаційного блока 9, виходи якого електрично з’єднані з електродвигуном 10 керованого живильника 11 бункера 12 для подачі відновника, спорядженого труботічками 13 (на схемі показано одну). У пристрої, що заявляється, використовують стандартне обладнання, у пристрої управління загрузкою може бути застосований, наприклад, перетворювач струму, який інтегрує, описаний у літературі (под ред. Чинкова В.Н. "Цифровая обработка сигналов в измерительной технике", Киев, Техника, 1985 г.; В.В.Панин, Степанов Б.И. "Измерение импульсных магнитных и электрических полей", М., Энергоатомиздат, 1987 г.; Зимин Е.Ф., Качанов Э.С. "Измерение параметров электрических и магнитных полей в проводящих средах", М., Энергоатомиздат, 1985г.). Робота пристрою, що заявляється, - руднотермічної електропечі - з використанням способу загрузки, що заявляється, здійснюється таким чином. До ванни 2 руднотермічної електропечі 1 для виплавки титанових шлаків загружають шихту, яка включає наприклад ільменітовий концентрат (фракції - 0,16: + 0,14) та відновник (фракції -10 : 0) за розрахунком 70-75 кг відновника на одну тонну концентрату. Ця свідомо недостатня для усього процесу відновлення кількість відновника дозволяє запобігти утворюванню нижчих окислів титану, температура плавлення яких перевищує температуру розплаву. Як відновник використовують дроблений антрацит, нафтококс, пековий кокс, коксовий дріб’язок. Загрузку шихти здійснюють через бункер 4. По труботічкам 5 шихта потрапляє до ванни 2 печі 1. Піч 1 набирає робочу потужність при опущених електродах 3. У робочому режимі печі 1 відомими способами здійснюють повне покриття шаром шихти, яка плавиться, дзеркала шлакової ванни 2. Наступні періоди плавки - відновлення та довідновлення - відбуваються в умовах витрачання відновника. При реалізації способу, що заявляється, не відбувається повне вироблення відновника в плавці. Цього досягають за рахунок забезпечення своєчасної дозованої подачі оптимальної кількості відновника в зону розплаву в залежності від електричного режиму. З диференційних датчиків 6 струму кожного електрода З електричні сигнали безперервно надходять на вхід перетворювача 7 струму, який інтегрує, де миттєві значення сили струму усереднюють. Далі сигнал надходить на вхід обчислювального блока 8, де кожні шість значень сили струму, одержані за 1с, усереднюються. Це дозволяє визначити найбільш точне значення сили струму у кожний момент часу. Одержане значення сили струму порівнюють з еталонним. За еталонне значення обирають силу струму, одержану у момент закінчення першого періоду плавки - розплавлення шихти, та повного витрачання відновника. Якщо відбувається збіг значень сили струму еталонного та дійсного, сигнал надходить на вхід комутаційного блока 9. Якщо сигнал утримується впродовж 3 с, що свідчить про повне витрачання відновника в розплаві, команда с комутаційного блока 9 надходить до електродвигуна 10 керованого живильника 11 (наприклад, шлюзового ШЗ-ЗОРНИ-01) бункера 12 для подачі відновника. У комутаційний блок 9 занесені дані про кількість відновника, необхідного для процесу відновлення даної плавки. При включенні електродвигуна 10 з бункера 12 по труботічкам 13 подають відновник у зону розплаву печі в кількості, необхідній для стабілізації температурного режиму печі. При цьому процес відновлення та доводки також відбувається стабільно. Після чого продукти плавки зливають. За даними лабораторних досліджень використання винаходу, що заявляється, забезпечує одержання титанового шлаку, який у порівнянні з прототипом має більш високу якість, бо в ньому зміст TiО2 збільшився на 1,4%, а виробність руднотермічної електропечі збільшилась на 2,77%. При цьому забезпечується зменшення нормовитрат електроенергії на 1,5%, відновника на 1,92%, електродів графітованих на 2,3%. Таким чином, технічне рішення, що заявляється, забезпечує оптимізацію витрат відновника та стабілізацію температурного режиму плавки, що, в свою чергу, призводить до підвищення якості продуктів, що одержують, та виробності руднотермічної електропечі.