ФЕРОСПЛАВНІ ПЕЧІ ТА ЇХ ОБЛАДНАННЯ

Феросплавні печі за призначенням бувають відновними, або рафінувальними, а за конструкцією — відкритими, напівзакритими і герметизованими. Останні часто поєднують під загальною назвою — закриті печі з допаленням газу під cклепінням як зі стаціонарними, так і з ваннами, що обертаються. Залежно від форми ванни печі бувають круглими, прямокутними, трикутними й овальними. За способом видачі з печі сплаву й шлаку печі поділяються на стаціонарні та ті, що нахиляються. Застосовують також печі з викатними ваннами.

Печі для рафінувальних процесів, призначені для виплавки рудовапняного розплаву, рафінування ферохрому, феромангану, феровольфраму та інших, за конструкцією подібні до електросталеплавильних дугових печей. Рудовідновні печі для виробництва феросплавів мають певні особливості конструкції..

У промисловості використовують одно- та трифазні феросплавні печі; ведуться роботи щодо використання печей, які працюють на струмі зниженої частоти або на постійному струмі. Однофазні печі нині застосовують обмежено. Трифазні печі будують із розміщенням електродів в одну лінію (прямокутні печі) або переважно із розміщенням електродів у вершинах трикутника (круглі або трикутні печі).

Печі великої потужності виготовляють із трьома або шістьма електродами.

У феросплавній промисловості найпоширеніші круглі трифазні печі. У круглій печі, електроди якої розміщені у вигляді трикутника, теплота концентрується так, щоб плавильні тиглі, що є під кожним електродом, з’єднувалися між собою. Печі мають мінімальну поверхню тепловідведення і забезпечують оптимальне використання теплоти; потужність цих печей від 40 до 100 МВ × А.

Прямокутні шестиелектродні печі з трьома однофазними трансформаторами (рис. 4.1), тобто три однофазні печі зі спільною ванною, мають ряд переваг, зокрема за їхнього використання полегшується завантаження шихти, краще регулюється відстань між електродами залежно від електричного опору шихти. Печі потужністю 63 МВ × А вітчизняної конструкції успішно експлуатують для виробництва сплавів мангану на Нікопольському заводі феросплавів.

Рис. 4.1. Прямокутна закрита шестиелектродна піч потужністю 63 МВ × А:

1 — механізм перепуску електродів; 2 — механізм переміщення електродів; 3 — коротка електрична мережа; 4 — кільце для затискання електродів; 5 — електрод; 6 — завантажувальна лійка; 7 — склепіння печі; 8 — футерівка ванни печі; 9 — кожух печі; 10 — фундамент печі

Шихтові матеріали, особливо під час виробництва сплавів силіцію, потрапляючи у зону високих температур, починають оплавлятися і спікатися, що різко погіршує газопроникність шихти. Тому для відновлення нормальної газопроникності шихти її проколюють металевими прутками. Для усунення цих явищ було запропоновано поворотні печі з ванною. Це має такі переваги: поліпшення ходу відновного процесу, оскільки забезпечуються довільна газопроникність шихти, руйнування настилей на колошнику та у просторі підсклепіння; подовження терміну служби футерівки печі; полегшення руйнування карборунду та шлакового «козла» по всій площі ванни, що забезпечує подовження кампанії печі, особливо під час виробництва кристалічного силіцію і вуглетермічного силікокальцію.

У деяких випадках у рафінувальних печах доцільно проводити обертання ванни, оскільки забезпечується рівномірне вичерпування сплаву під час виробництва тугоплавкого феровольфраму, рафінованого ферохрому і силікотермічного силікокальцію та підвищується стійкість футерівки і рівномірно розподіляється шихта по колошнику печі. Вітчизняний досвід засвідчує, що обертання ванни печі дає змогу підвищити її продуктивність на 3—6 % і знизити питомі витрати електроенергії на 4—5 % за одночасної економії сировинних матеріалів.

Схему закритої печі з механізмом обертання ванни зображено на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Кругла закрита піч потужністю 33 МВ × А:

1 — коротка мережа; 2 — система водоохолодження; 3 — футерівка ванни; 4 — кожух печі; 5 — плита механізму обертання; 6 — механізм обертання ванни; 7 — механізм перепуску електродів; 8 — система гідроприводу; 9 — гідропідйомник; 10 — контактні щоки; 11 — склепіння печі

Для поліпшення показників процесу, захисту повітряного басейну, утилізації газів, що мають теплоту згоряння близько 10,9 Дж/м³, поліпшення умов праці та служби устаткування у виробництві феросплавів широко застосовують закриті печі, обладнані склепінням (закриті або герметичні печі). У таких печах близько 15 % газу із простору під склепіння проходить крізь шихту, що знаходиться в завантажувальних лійках, і згоряє над нею. Завантаження шихти проводять за допомогою завантажувальних труб і лійок у кільцеві отвори між електродами та завантажувальними лійками. У герметизованих електропечах для скорочення довжини електрода і повної герметизації ванни печі електродотримач поміщають у простір підсклепіння, проводять ущільнення навколо електродів і завантажувальних труб, що подають шихту під склепіння печі. Розпочата експлуатація рудовідновних електропечей з парогенераторами і допаленням газу під склепінням печі, причому газ очищають у рукавних фільтрах. Ступінь очищення становить 98 %. Максимальна потужність таких печей досягає 115 мВ × А; вони зберігають технологічні переваги відкритих печей і дають змогу використовувати енергію газів, що відходять, та скоротити витрати на газоочищення.

Під час виплавки рудно-вапняного розплаву для отримання низьковуглецевого феросплаву змішуванням розплавів застосовують печі, що нахиляються (рис. 4.3). Такі печі для проведення рафінувальних процесів мають переваги порівняно зі стаціонарними печами. Це швидкість і зручність випускання металу й шлаку, полегшення ведення технологічного процесу.

Рис. 4.3. Руднотермічна піч потужністю 10,5 МВ × А для виплавки рудно-вапняного розплаву:

1 — механізм нахиляння печі; 2 — футерівка; 3 — кожух; 4 — склепіння печі; 5 — механізм підйому склепіння; 6 — ущільнення електрода; 7 — електрод; 8 — механізм обертання ванни

Для виробництва особливо низьковуглецевого ферохрому використовують вакуумні печі опору та індукційні вакуумні печі, а для азотування феросплавів — компресійні печі різних типів. Ведуться дослідницькі роботи із застосуванням для виробництва феросплавів електронно-променевих і плазмових печей.

Виробництво деяких видів феросплавів не потребує зовнішнього підведення теплоти, оскільки для перебігу процесу досить теплоти, що виділяється внаслідок взаємодії оксидів шихти і відновника. Виплавлення цих феросплавів проводять у плавильних горнах (шахтах). Горни мають круглий перетин і виготовлені з листового заліза або з окремих литих секцій, скріплених між собою болтами. Вони можуть бути нерухомими або їх встановлюють на візки. Горни встановлені на візки, подають для проведення плавки у плавильну камеру або під електроди дугової печі (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Агрегат для виплавки металевого хрому з попереднім розплавленням частини оксидів ( плавка на блок):

1 — плавильний горн; 2, 3 — теплоізоляційні екрани; 4 — завантажувальний бункер; 5 — електродотримачі; 6 — витяжний зонд; 7 — механізм підйому електрода

Розміри горна та його конструкція мають бути пристосовані до способу завантаження шихти в горн і до того, як остигає сплав і шлак: 1) плавка на блок; 2) з випуском шлаку; 3) з випуском сплаву і шлаку.

Важливим елементом обладнання феросплавних печей є електроди. На рафінувальних феросплавних печах використовують графітовані та вугільні електроди; рудовідновлювальні печі, особливо значної потужності, обладнані самоспікливими електродами.

Самоспікливі електроди виготовляють безпосередньо на діючих феросплавних печах, а режими їхнього відпалювання та лінійна витрата пов’язані з технологічними параметрами виплавки того або іншого феросплаву. Самоспікливі електроди зазвичай виготовляють суцільними, оскільки вони постійно витрачаються і нарощуються. Робочі кінці самоспікливих електродів постійно занурені в шихту (у робочі тиглі ванни печі), тому вуглець електродів, як і кокс шихти, беруть участь у відновних процесах. Електроди постійно спрацьовуються, тому для підтримання певної відстані від торців робочих кінців електродів до подини, їх обов’язково потрібно перепускати і нарощувати. Зазвичай застосовують круглі самоспікливі електроди діаметром до 2 м, іноді на прямокутних печах — плоскі електроди розміром 3200 ´ 800 мм.

Власне безперервний самоспікливий електрод складається зі сталевого кожуха та електродної вуглецевої маси. Для отримання електродної маси застосовують таківуглецеві матеріали: термоантрацит, доменний і ливарний кокс та зв’язуюче — кам’яновугільний пек. Крім цих матеріалів використовують також природний графіт, карбід силіцію, відходи графітованих матеріалів суміжних виробництв, антраценову олію тощо.

Кожух електрода — це циліндр круглого або прямокутного перетину, виготовлений із листової сталі завтовшки до 4,5 мм залежно від діаметра (перетину) електрода. Кожух повинен мати досить високі механічні властивості за помірних і підвищених температур, порівняно високі електричну провідність і теплопровідність, досить стійким проти окиснення у газових середовищах за підвищених температур.

На діючих печах кожух електрода має висоту 10—15 м. Його формують із окремих секцій (царг) висотою 1,4—1,6 м, які наварюють. До циліндричної обичайки кожуха усередині циліндра по твірній приварюють металеві ребра. У ребрах виштамповані отвори, які призначені для забезпечення зчеплення кожуха електрода з відпаленою електродною масою, тобто вуглецевим блоком самоспікливого електрода.

До механічного устаткування самоспікливих електродів належать: пристрій для підвішування електродів, електроконтактний вузол, механізм переміщення електродів, механізм для дискретного переміщення (перепуску) електрода щодо контактного вузла, системи охолодження та обдування електродів.

Теплове поле самоспікливого електрода зображено на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Температурні зони самоспікливого електрода: I — твердої маси; II — рідкої маси; III — утворення коксу із зв’язуючого; IV — вугільного блока електрода; IV-1—IV-4 — підзони

Класифікація температурних зон самоспікливого електрода по його висоті (рис. 4.5) ґрунтується на існуючих даних про зміну агрегатного стану електродної маси. Перша зона характеризується наявністю твердої електродної маси. Оскільки температура її плавлення визначається температурою розм’якшення зв’язуючого, верхньою межею цієї зони вважають 65—70 °С. У другій температурній зоні (75—350 °С) зв’язуюче знаходиться в рідкому стані, і тому її називають зоною «рідкої» маси. Третя, зазвичай найменша по висоті, але досить відповідальна зона знаходиться у межах температури 350—550 °С. У цьому температурному інтервалі з пеку утворюються ґрати кокс-зв’язуючого, що супроводжується інтенсивним виділенням летких речовин і коксуванням маси.

Частина вуглецевого блоку електрода від ізотерми 550 °С і до його торця виділяється в четверту зону, в якій, у свою чергу, умовно виділяють окремі підзони (див. рис. 4.5). У підзоні IV-1 з температурою 550—850 °С коксування маси супроводжується другим екстремумом виділення летких речовин, і процеси зменшення питомого електроопору з підвищенням температури сповільнюються. Наступне нагрівання частково скоксованого електрода за температурою від 850 до 1450 °С сприяє подальшому поліпшенню його властивостей. Тому частину електрода, що відповідає цьому температурному інтервалові, виділяють у другу підзону четвертої зони (IV-2). Ця підзона зазвичай розміщується від низу щік до рівня, що знаходиться трохи нижче контактування електрода із шихтою.

За температури понад 1450 °С створюються умови для початку процесу графітування як окремих компонентів, так і вуглецевого блока. Ступінь розвитку процесу переходу аморфного вуглецю в графіт особливо помітно підвищується після нагрівання до 1800—2000 °С, тобто у третій підзони (IV-3) У четвертій підзоні (IV-4) за температури понад 2000 °С остаточно завершуються процеси зміни комплексу властивостей вуглецевого блока із переходом вуглецевих компонентів у термографіт.

Поиск по сайту: