專利名稱：由置入爐渣溶體內(nèi)的電極控制爐渣電爐能量狀態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色冶金的領(lǐng)域，特別是利用復(fù)合熔體法的鉛、鉛-鋅、銅、銅-鎳礦和精礦的提煉，包括在電爐中的熔煉物的精煉，更準(zhǔn)確地本發(fā)明涉及由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐能量狀態(tài)的方法。
在爐渣熔體內(nèi)置入電極的爐渣電爐的實際工作中，廣泛使用以穩(wěn)定給出的電功率為基礎(chǔ)的控制能量狀態(tài)的方法，例如，已知的有在爐渣熔體內(nèi)置入電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)的方法，實質(zhì)上這些方法可歸結(jié)為測量電壓和/或電流，當(dāng)這些參數(shù)偏離給定值時，在控制電路中給出與偏離變化程度相應(yīng)的并確定電極的移動信號(FR，B，2072181)。
但是根據(jù)穩(wěn)定給定電功率的由置入爐渣器體內(nèi)的電極控制熔渣電爐能量狀態(tài)的方法，特點是高的單位電能耗，并且可能發(fā)生事故狀態(tài)和不良的技術(shù)偏差，例如爐底燃燒，爐底形成結(jié)塊，熔體產(chǎn)品的溫度降低至允許值以下，爐頂?shù)膰乐負p壞。上述的特別嚴重情況在爐渣熔體槽的深度改變時出現(xiàn)，亦即引起電熱過程的周期現(xiàn)象。這種隨伴是根據(jù)穩(wěn)定給出的電功率的，由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制熔渣能量狀態(tài)的方法而出現(xiàn)的現(xiàn)象，導(dǎo)致可以在熔渣槽內(nèi)由不同的電極埋入值來實現(xiàn)同一樣的電功率;電極的埋入數(shù)越多，相應(yīng)電壓越低，電阻越小和電流越大。而且在非常大的電極埋入值下出現(xiàn)熔體下層的過熱(與上層比較)，在非常小的電極埋入值下出現(xiàn)熔體上層的過熱(與下層比較)，在原理上，第一種情況下會導(dǎo)致生產(chǎn)率的損失和出現(xiàn)事故狀態(tài)(例如爐底過熱)，第二種情況下在爐底形成結(jié)塊，使熔體產(chǎn)物的溫度降低至允許值之下，引起爐頂?shù)倪^度損壞。此外，電熱過程引起明顯破壞，熔體溫度沿爐渣槽高度的分布不均勻，還導(dǎo)致不可逆現(xiàn)象的增長，相對于熱力學(xué)第二定律，這會導(dǎo)致要求依靠外部來源增加能量(在這種情況下大量增加電能耗損)，與此有關(guān)，在由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)時，首先本身要實行控制，必需恰當(dāng)?shù)剡x擇給定的電壓和電流，實際上，必須恰當(dāng)?shù)剡x擇電極電壓值和它們的埋入值。
由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)，包括控制電極的電壓值，爐渣熔體槽的深度，電極在熔體的埋入深度和熔體溫度，把熔體溫度與給定值進行比較，以及在熔體溫度與給定值有偏差時改變上述各參數(shù)，這種方法排除部分所述的不足(SU，A，993491)。
但是，這種方法應(yīng)用于有限的爐渣電爐級別，亦即三相電極的碳化物電爐。此外，為達到同樣的熔體溫度會在不同電極埋入值下消耗不同數(shù)量的電能。因而，所述方法的主要不足首先在于，實現(xiàn)本身的控制必需適當(dāng)選擇電極埋入值和電極電壓(這只有在某些情況下達到)。如前所述，不適當(dāng)?shù)剡x擇電極埋入值會導(dǎo)致不合理的高的單位能耗，和會引起出現(xiàn)事故狀態(tài)或者不希望的技術(shù)偏離。
根據(jù)本發(fā)明提出的任務(wù)是制定由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)的方法，在這種情況下電極安排的位置應(yīng)使單位能耗降低，以及在利用復(fù)合方法提炸鉛-鋅、銅、銅-鎳礦和精礦，包括對電爐熔體產(chǎn)品作精煉時，使發(fā)生事故狀態(tài)和不希望的技術(shù)偏差的可能性最小。
任務(wù)是這樣解決的，由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)的方法，包括控制電極的電壓值，爐渣熔體槽的深度，電極在熔體的埋入值和熔體溫度，把熔體溫度與它的給定值進行比較，在熔體溫度與給定值有偏差時改變上述各參數(shù)，根據(jù)本發(fā)明，對于每個爐渣熔體槽的深度值確立保證流過電極表面端面的電流最小的埋入值，然后改變電極電壓直到消除爐渣熔體的溫度測量值與給定值的不一致為止。
根據(jù)本發(fā)明來實現(xiàn)由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)的方法，保證(與已路類似效用的方法相比較)降低能耗，使發(fā)生事故狀態(tài)和不希望的技術(shù)偏差的可能性最小。
在本發(fā)明的下文中由文字描述實現(xiàn)本方法的具體方案，由附圖
表達實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)方法的系統(tǒng)構(gòu)成電路。
實質(zhì)上由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣的能量狀態(tài)的方法就是改變電極的電壓值，爐渣熔體槽的深度，電極埋入深度和熔體溫度，把電極埋入爐體熔體到相應(yīng)流過電極表面端面的電流最小的數(shù)值，然后對于測量的爐渣熔體槽的深度，改變加到電極上的電壓，為達到爐體熔渣溫度的測量值與給定值相一致。
電極埋入值的選擇受到下述電功率密度分配規(guī)律的約束，(換句話說，受單位能耗，焦耳熱的約束)，在爐渣熔體體積內(nèi)1)最大功率密度集中在電極，它隨電極的距離按指數(shù)規(guī)律衰減(相似地，溫度亦作相當(dāng)急劇的變化)。在電極表面端面的功率密度是均勻的，沿電極表面的功率密度最大值在表面端面處出現(xiàn)。
2)流過電極表面端面的電流值由以下公式描述(實驗確定的結(jié)果)I2T＝ (σs)/(k) · 1/(c) · 1/(h/c) ·Q·(y+(1-y)·( (h)/(c) )4) (1)式中IT-流過電極表面端面的電流，K-電極數(shù)目，σ-爐渣介質(zhì)的電導(dǎo)系數(shù)，s-電極最深部分的表面面積，(對于園柱和截錐形電極-電極端面表面的面積，對于半橢球形的電極-電極末端的最小面積)h-電極座落位置(爐渣熔體槽的深度與電極埋入值之差)，Q-加入槽內(nèi)的總電功率，c-爐渣熔體槽的深度，y-某一無量鋼系數(shù)，只與爐渣電爐的幾何尺寸有關(guān)關(guān)，而與電參數(shù)電極埋入值和熔體性質(zhì)無關(guān)，并且處在以下不等式中
0.75＜y＜0 (2)確定系數(shù)y的方法如下所述。
試驗移動電極，同時確定電極座落位置hi，加入槽內(nèi)的總電功率Qi和流過電極表面端面的電流ITi;
i＝1，……，n，式中 n-試驗移動電極的總數(shù)(實際上做上5-7次電極移動就夠了)。為確定系數(shù)y采用最小二乘法，根據(jù)式(1)Σi=1n[xizi+x2zi3-ITi2Qi]→min]]>隨x1，x2(3)式中 Zi＝hi/cm， (4)x1＝ (σs)/(k) · 1/(cm) ·y， (5)x2＝ (σs)/(k) · 1/(cm) ·(1-y)， (6)亦即y = (x1·cm·k)/(σs) (7)
cm-模型中渣渣熔體槽的深度，i-模型中試驗移動電極的數(shù)目，Zi-模型中第i次電極移動時的相對電極座落位置。
與條件(3)相應(yīng)的參數(shù)x1和x2可由下列線性方程式求得
假定加入槽內(nèi)的總電功率Qi為固定值。則從式(1)可知，存在一個電極埋入數(shù)，此時流過電極表面端面的電流ITi具有最小值。為了確定電流達到最小值時的電極埋入值，必需對參數(shù)Z＝h/c求式(1)右邊部分的全微分，并使結(jié)果等于零。這樣一來，與流過電極表面端面的電流I0=C(1-y3(1-y)4(9)]]>
從式(9)可見，對應(yīng)于流過電極表面端面的電流最小值的電極埋入值，與給定的電功率、電極電極、熔體的電性質(zhì)無關(guān)，而只與爐渣電爐的幾何尺寸有關(guān)，當(dāng)電極埋入值等于I0，流過電極表面端面的功率密度達到最小部分。同時，這部分功率密度反正按熔體體積保持最大。這樣一來，在相應(yīng)于(9)的電極埋入值下功率密度以最均勻形狀分布(最可能的情況)。就本身而言，這會使與體積內(nèi)熔體溫度分布不均勻性有關(guān)的不可逆現(xiàn)象達到最小。我們知道，相應(yīng)于熱力學(xué)第二定律的不可逆現(xiàn)象只能依靠外部能量來補償。因而，不可逆現(xiàn)象越小，越接近于最佳電能單位損耗。假如熔體溫度要求不小于給定值Tmin，則在相應(yīng)于條件(9)的電極埋入值下，在最大放熱區(qū)的(亦即在電極表面端面的)溫度Tmax具有自己的最小值。假如該電極埋入值不符合條件(9)，而溫度Tmin為給定，則Tmax將較大。在這種情況下沿電極產(chǎn)生過分的發(fā)熱，實質(zhì)上為此必需補充(與式(9)相應(yīng)的最佳狀態(tài)相比)來自電力網(wǎng)的能量。因此對應(yīng)條件(9)的電極埋入值，從電能耗散最佳的觀點來說是最好的。同時時，在此電極條件下，不可能產(chǎn)生熔體上下層的非常過熱或欠熱，故從本身看來，出現(xiàn)縮短事故狀態(tài)和不希望的技術(shù)偏差(爐頂燒穿，形成爐底結(jié)塊，熔煉產(chǎn)物溫度降至低于允許值)。
控制由置于爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)的方法是這樣實現(xiàn)的1.安置電極在埋入值下保證流過電極表面端面的電流最小，為完成此步驟有以下的操作a.在幾何尺寸與實際電爐相似的爐渣電爐水模型內(nèi)，進行一連串的電極移動，測量電極埋入值和流過電極表面端面的電流。功率保持恒定。
b.從測量的電極埋入值導(dǎo)出與流過電極表面端面的電流值對應(yīng)的lm值。
對于不同爐渣熔體槽的深度，重復(fù)步驟a和b。從一系列的點得到電極埋入最佳值與熔渣體槽深度的關(guān)系。
c.確定與流過電極表面端面的電流相對應(yīng)的最佳電極埋入值，對于實際的爐渣電爐按下式l0＝lm/
式中
-爐渣電爐水模型與實際爐渣電爐的相似系數(shù)。
求得等于l0的埋入值的電極。
2.進行適當(dāng)變動電壓值，并控制熔體溫度。此時選擇電壓值U＝U0，在此電壓下熔體溫度的測量值與給定值的符合最好。
此外，導(dǎo)出最佳電極埋入值，在此值下流過電極表面端面的電流為最小(參見步驟a、b)，更精確地可這樣進行在幾何形狀與實際爐渣電爐相似的爐渣電爐水模型中，使電極逐漸位移。相應(yīng)測量電極座落位置hi，加入槽內(nèi)的總電功率Qi和流過電極表面端面的電流ITi。然后根據(jù)式(4-8)確定無量鋼系數(shù)y，它只與爐渣電爐的幾何尺寸有關(guān)，而與電參數(shù)，電極埋入值和熔體性質(zhì)無關(guān)。最后根據(jù)式(9)求得實際爐渣電爐的對應(yīng)于流過電極表面端面的電流最小值的電極埋入最佳值l0。
控制在熔渣體內(nèi)有埋入電極的熔渣電爐的能量狀態(tài)的方法，可采用如附圖所示的設(shè)備來實現(xiàn)。
實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備由兩組獨立框圖組成-框圖A控制電極埋入值和框圖B控制爐渣熔體溫度?？刂齐姌O埋入值的框圖A含有方框1，它確定保證流過電極表面端面的電流最小的電極埋入值l0，輸入接到控制爐渣爐體槽深度c的方框2的輸出，它本身的輸入與控制對象(爐渣熔體槽)連接。控制電極埋入值l的方框4的輸入接到控制對象3，而輸出方框5，使電極埋入的測量值l與保證流過電極表面端面S的電流最小的來自方框1的輸出的電極埋入值l0作比較。比較用的方框圖5的輸出接到移動電極的方框6，它的輸出連接到控制對象3?？刂茽t渣熔體溫度的框圖B含有由控制爐渣熔體溫度T的方框7，它的輸入接到控制對象3;而輸出接到方框8，以控制爐渣熔體溫度與爐渣熔體溫度給定值，后一信息到達方框8的第二輸入，與爐渣熔體溫度T0的溫度定值器9作比較，方框8的比較輸出接到使電壓值改變的方框10，它的另一輸入接到控制電壓值U的方框11。后者的輸入與控制對象連接。
由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)的控制系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)，借助大家熟悉的測量儀器和執(zhí)行機構(gòu)，諸如熱電偶和光譜比值高溫計(為了控制熔體溫度，方框7)，電壓表和電流表(為控制電參數(shù)，方框11)，電動絞車或液壓設(shè)備(為改變電極，方框6)。
作為確定電極埋入值的方框1，可采用例如存貯器件，在此貯存電極埋入值隨爐渣熔體槽的深度而變化的信息，如前所述，這是借助爐渣電爐的水模型獲得的。
裝置是這樣工作的。
在爐渣熔體內(nèi)置有電極的爐渣電爐中，借助方框2調(diào)節(jié)爐渣熔體槽的深度c和借助方框4調(diào)節(jié)電極埋入值1。對應(yīng)貯存在方框1的信信，確定保證流過電極表面端面的電流最小的電極埋入值，以測量爐渣熔體槽的深度“c”。在比較用的方框5中電極埋入值l與保證流過電極表面端面的電流最小的埋入值l0作比較。在達到(l-l0)一致時利用方框6調(diào)節(jié)電極的埋入。同時也借助方框7調(diào)節(jié)爐渣熔體的溫度T，和借助方框11調(diào)節(jié)電極的電壓U。在比較用的方框8中比較爐渣熔體溫度T與爐渣熔體的給定溫度T0。當(dāng)達到(T-T0)一致時利用方框10校正加在電極上的電壓值U。
為了更好了解本設(shè)備，以下介紹它的實施舉例。
例1由置入爐渣熔體中的電極實現(xiàn)三電極電爐的能量狀態(tài)的控制(例如，組成復(fù)合物KμBμS
T，在專利US，A，4519836記錄)。電爐生產(chǎn)率按爐料為2000公斤/小時。提煉以下成分的爐料(重量%-42.8鉛、5.3鋅、0.8銅、8.2鐵、15硫、8.1氧化硅、6.8鈣氧化物、13其它)。熔渣槽長7.6米、寬4.5米，電極采用園柱形，數(shù)量3件，電極直徑0.555米，相鄰電極軸間距離1.9米，提煉實行不間斷狀態(tài)，爐渣熔體槽深度c為0.8米。確定在c＝0.8米時保證流過電極表面端面的電流最小的電極埋入值。為此先進行爐渣電爐的水模型試驗，它在幾何上與相應(yīng)實物相似并具有導(dǎo)電爐床(模型與原型的相似系數(shù)
為0.1)。
在爐渣電爐的水模型中進行電極的連接位移，測量每個位置下的電極埋入值和流過電極表面端面的電流ITi，使c＝0.8×0.1＝0.08米。電功率維持不變，Q＝5瓦。實驗結(jié)果列于表1。
表1 在熔渣電爐水模型的實驗結(jié)果(電功率恒定的情況)li米 0.056 0.052 0.048 0.044 0.040 0.036 0.032ITi安 0.045 0.042 0.040 0.039 0.038 0.040 0.041流過電極表面端面的最小電流相應(yīng)于lm＝0.04米，亦即對于在爐渣熔體置有電極的實體爐渣電爐的l0＝lm/＝0.04/0.1＝0.4米。
為了比較，確定保證流過電極表面端面的電流最小的電極埋入值，使用更精確的方法在水模型中連續(xù)移動電極，在每種狀態(tài)下測量電極座落位置hi，流過電極表面端面的電流ITi，使c＝0.8×0.1＝0.08米的電功率，實驗結(jié)果列于表2。
表2 爐渣電爐水模型的實驗結(jié)果(電功率變化的情況)電極座落位 0.024 0.028 0.032 0.036 0.040 0.044 0.048置，米ITi0.027 0.024 0.021 0.020 0.018 0.017 0.015安Q，瓦 1.899 1.715 1.448 1.306 1.170 1.060 0.945借助最小二乘法加工實驗結(jié)果和計算與爐渣電爐的幾何尺寸有關(guān)的無量鋼系數(shù)y，以及保證流過電極表面端面的電流最小的電極埋入值，根據(jù)關(guān)系式(4-9)y＝0.01876l0＝0.39米在實體爐渣電爐中安裝埋入值l0＝0.39米的電極，調(diào)節(jié)熔體溫度T并與給定溫度T0＝1250℃作比較。然后選擇保證給定熔體溫度的電極電壓。在本情況下為127伏。實驗結(jié)果列于表3。
例2與例1相同，由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣三電極電爐的能量狀態(tài)。不同點是，電極安置在不保證流過電極表面端面的電流最小的埋入值，并等于0.31米。實驗結(jié)果列于表3。
例3與上述例1相似，由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣三電極電爐的能量狀態(tài)。不同點是，電極安置在不保證流過電極表面端面的電流最小的埋入值，并等于0.43米。實驗結(jié)果列于表3。
例4與例1相同，由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣三電極電爐的能量狀態(tài)。不同點是，爐料提煉在周期狀態(tài)下進行，爐渣熔體槽的深度隨時間依次0.6米增加至0.8米。試驗結(jié)果列于表3。
例5與例1相同，由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣三電極電爐的能量狀態(tài)。不同點是，熔煉一爐有如下成分的粗銅、銅-鋅精礦(重量%)-7.9銅、16.8鋅、1.1鉛、25.3鐵、38硫、10.9其它，在100份粗銅中添加30份石灰?guī)r。給定的熔體溫度等于1380℃試驗結(jié)果列于表3。
表3舉列 給定溫度 爐體熔體 電極埋入值 電極電壓 單位耗能槽的深度 千瓦·小時/No ℃ 米 米 伏 每頓爐料1 1250 0.8 0.39 127 1232 1250 0.8 0.31 148 1373 1250 0.8 0.43 121 1354 1250 0.6 0.23 111 125＊1250 0.7 0.35 121 125＊1250 0.8 0.39 127 125＊5 1380 0.8 0.39 89 117＊-對整個過程時間平均的能耗值。
這樣一來，根據(jù)本發(fā)明采用由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)的方法，可以降低單位能耗8-10%，同時由于選擇保證流過端面的電流最小的電極埋入值，也保證熱焦耳量的更均勻分布，發(fā)生事故狀態(tài)的可能性也更減少。
權(quán)利要求
由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)的方法，包括調(diào)節(jié)電極電壓值，爐渣熔體槽的深度，電極在熔體內(nèi)的埋入值和熔體溫度，熔體溫度與給定值作比較和在熔體溫度與給定值有偏差時測量所述各參數(shù)，使得對于每個爐渣槽的深度值設(shè)定保證流過電極表面端面的電流量小的埋入值，然后改變電極電壓至爐渣熔體溫度的測量值與給定值之間達到一致為止。
全文摘要
由置入爐渣熔體內(nèi)的電極控制爐渣電爐的能量狀態(tài)的方法，包括調(diào)節(jié)電極的電壓值，爐渣熔體槽的深度，電極在熔體內(nèi)的埋入值和熔體溫度，熔體溫度與給定值作比較和在熔體溫度與給定值有偏差時測量所述各參數(shù)。對于各個爐渣熔體槽的深度值設(shè)定保證流過電極表面端面的電流最小的埋入值，然后變動電極的電壓至爐渣熔體的測量溫度與給定值之間達到一致為止。
文檔編號H05B7/148GK1049082SQ8910611
公開日1991年2月6日 申請日期1989年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月25日
發(fā)明者甘納迪·阿卡迪耶維奇·加爾雅賓, 拉利·馬斯岡托維奇·阿勃迪夫, 朱利·伊萬諾維奇·薩尼秤夫, 阿那托利·彼得洛維奇·西切夫, 埃英格尼亞·弗拉基米羅芙娜·舒特金娜, 阿列克塞·朱里耶維奇·馬庫里斯, 塞爾基·彼得羅維奇·切彼欽, 坦特亞娜·斯塔尼斯拉弗芙娜·蒂斯欽柯, 伊萬·彼得羅維奇·波利亞科夫 申請人:烏塞蘇玖尼礦石冶金科學(xué)調(diào)查研究所