Моделирование электрического поля рудоплавильной печи

                                                                  

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Отчёт по лабораторной работе.

По дисциплине:                 Пирометаллургическое оборудование.                                                                                 

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема:                 Моделирование электрического поля рудоплавильной печи.

Выполнил: студент  гр. АПМ-03     ______________         /Никифоров М.Н./

                                                                                                      ^{(подпись)                                           (Ф.И.О.)}  

ПРОВЕРИЛ:

Преподаватель:                                 ______________          /Горленков Д.В./

                                                                                                      ^{(подпись)                                        (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург                                 

2006 год.

Краткие теоретические сведения.

В настоящее время в самых разнообразных схемах производства различных металлов находят широкое применение рудно-термические электропечи.

Отличительным признаком этой группы электропечей является способ подвода электроэнергии в зону плавления, осуществляемый с помощью графитированных, угольных и самоспекающихся электродов большого диаметра, погруженных в шлак.

Большая группа электродных печей, собственно и называемых рудно-термическими, применяется для переработки рудного сырья и шлаков в производстве меди, никеля, свинца, цинка, олова.

Рудотермические печи этого типа обладают высокой мощностью до 50-60 МВт, имеют относительно небольшое сопротивление ванны 10^-2-2×10^-3 Ом, а следователь требуют относительно низких напряжений 100-600 В и работают при весьма больших токах (десятки тысяч ампер).

Токоподводящие электроды погружены в расплавленный шлак на значительную глубину. Электрическая энергия превращается в тепловую на сопротивлении газового промежутка, окружающего электрод в шлаке, на сопротивлении самого жидкого шлака при растекании по нему электрического тока, а также на сопротивлении шихтовых материалов.

Геометрические размеры и электрические параметры зоны, в которой происходит тепловыделение, могут изменяться в широких пределах вследствие изменения объема шихтовых материалов и расплава, перемещение электрода, изменения напряжения и других факторов.

Для рудотермического процесса большое значение имеет объемная плотность полученной тепловой энергии и уровень температуры, при которой она выделяется.

Оба этих параметра имеют различное значение в разных точках ванны и зависят от распределения электрического поля и плотности тока в ванне печи. Поэтому задача определения оптимальных режимов сводиться к изучению электрического и теплового полей ванны.

Изучать распределение электрических полей на действующих печах чрезвычайно сложно из-за высоких температур в печи, из-за трудностей внесения в ванну датчиков и т.д. Аналитическое исследование также затруднительно, поэтому в настоящее время широкое распространение получил метод моделирование электропечей – по существу единственный метод, позволяющий детально обследовать печь.

Задачей моделирования является изучение распределения электрических полей и мощности в ванне реальной рудотермической электропечи путем измерений на ее модели и переноса полученных данных на действующую печь. Наиболее просто это сделать для однородной по физическим свойствам ванны. Во всех случаях при неоднородной ванне моделирование даст лишь приближенные данные.

Схема лабораторной установки.

Модель рудотермической электропечи для получения медно-никелевых штейнов представлена на рис.1.

Исходные данные.

Линейное напряжение:  40 В;

Сила тока в цепи питания:

Мощность модели: Вт;

Фазовое напряжение: В;

Глубина ванны: 50 мм;

Глубина погружения электродов: 30 мм.

Шлак моделируется раствором электролита () имеющего туже ионную структуру, как и расплавленный шлак. Штейн моделируется никелированной медной пластиной. Подвод тока осуществляется подвешенными графитовыми электродами диаметром 25 мм. Одна клемма вольтметра соединена с медной пластиной на две ванны, а вторая – с подвижным щупом, позволяющим измерить потенциал в любой точке раствора. Подвижный щуп перемещается в прорезях, сделанных в своде модели возле одного из электродов.

После всех приготовлений включается питание модели, и записываются ее характеристики (таблица 1).

Измерения электрического поля модели производятся возле одного из электродов в трех направлениях в четырех слоях по высоте на низших границах слоев (рис.2.).

Первый отсчет подвижным щупом производится в точке отстоящей от электрода на 2 мм.

Следующие отсчеты на той же глубине отвечают точкам, имеющим электрический потенциал на 3 вольта более низкий.

Отсчитываются расстояния этих точек от электрода и записываются потенциалы этих точек.

Характеристика модели электропечи.

	Таблица 1

 

Таблица 2

Результаты измерений электрического поля ванны.