Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

ЧАСТЬ II

П Р О И З В О Д С Т В О Ф Е Р Р О С П Л А В О В

Разлей VII

ПЕЧИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРОСПЛАВОВ

Глава 34

КОНСТРУКЦИЯ ФЕРРОСПЛАВНЫХ ПЕЧЕЙ

ТИПЫ ФЕРРОСПЛАВНЫХ ПЕЧЕЙ

Ферросплавы выплавляют преимущественно в мощных электри­ ческих печах специальной конструкции, получивших название ферро­ сплавных печей. Эти печи пригодны для ряда электротермических производств: получения ферросплавов, электроплавки чугуна, про­ изводства карбида кальция, фосфора и др., и их часто объединяют под более общим названием рудовосстановительных или руднотерми­ ческих печей.

Ферросплавную печь характеризуют следующие параметры:

1) номинальная мощность (мощность трансформатора) Р, кВА;

2)производительность G, т/сут;

3)интервал вторичных напряжений, В;

4)максимальная сила тока в электроде, кА;

5)удельный расход электроэнергии w, МДж (кВт ч/т);

8)диаметр электрода d3, мм (для прямоугольных электродов сечение b X / мм, где b и / — соответственно ширина и длина попе­ речного сечения электрода, мм);

9)диаметр распада электродов dp, мм (для прямоугольных печей расстояние г между осями электродов одной фазы, мм);

10)внутренний диаметр ванны dB, мм (для печей прямоугольной формы ширина В и длина L ванны, мм);

И) глубина ванны /г, мм;

12)диаметр кожуха печи dK, мм (для прямоугольной печи ши­ рина Вк и длина LK кожуха, мм);

13)высота кожуха печи Я, мм.

По своему назначению ферросплавные печи могут быть восста­ новительными или рафинировочными, а по конструкции — откры­ тыми и закрытыми, как со стационарными, так и с вращающимися ваннами. В зависимости от формы ванны печи бывают круглыми, прямоугольными и овальными. По тому, как выдаются из печи сплав и шлак, печи могут быть неподвижными или наклоняющимися. Имеются также печи с выкатывающимися ваннами.

432

Печи для рафинировочных процессов, предназначенные для вы­ плавки рафинированных феррохрома и ферромарганца, ферроволь­ фрама и других сплавов, по своему устройству стоят ближе к элек­ тросталеплавильным дуговым печам, на базе которых их конструи­ руют. Основные элементы конструкций и оборудования таких печей были рассмотрены в разделе I. Здесь же рассматривается устройство восстановительных печей для производства ферросплавов.

В промышленности используют однофазные и трехфазные ферро­ сплавные печи; ведутся работы по использованию печей, работа­ ющих на постоянном токе. Однофазные печи в настоящее время строят только для специальных целей и они имеют очень ограничен­ ное применение. Ванну однофазных печей изготовляют цилиндри­ ческой формы с угольной подиной, в которую закладывают медные токоподводящие шины. Токоподвод подводят от трансформатора к шинам пода и к электроду. При производстве кристаллического кремния некоторое распространение получили однофазные печи с двумя электродами и ванной овальной формы.

Трехфазные печи строят или с расположением электродов в одну линию (прямоугольные печи) или в большинстве случаев с располо­ жением электродов по вершинам треугольника (круглые печи). Печи большой мощности изготовляют и с шестью электро­ дами.

Наиболее широко распространены в ферросплавной промышлен­ ности круглые трехфазные печи (рис. 160). В круглой печи, электроды которой расположены по треугольнику, тепло концентрируется до­ статочно хорошо для того, чтобы образующиеся под каждым элек­ тродом плавильные тигли соединились между собой. Это позволяет работать с одним выпускным отверстием. У таких печей минимальна по величине теплоотдающая поверхность и в них лучше используется тепло. При рациональной конструкции короткой сети и наличии установок искусственной компенсации реактивной мощности такие печи могут работать с высоким коэффициентом мощности, дости­ гающим 0,95 (даже у печей мощностью 40—60 MBA), и минимально выраженным явлением «мертвой» и «дикой» фаз.

'Прямоугольные трехэлектродные печи характеризуются сравни­ тельно низким cos ф печной установки и у них резко выражается явление «дикой» и «мертвой» фаз. К этому следует добавить, что обра­ зование под каждым электродом самостоятельного реакционного тигля вызывает необходимость работы на трех летках. В связи с этим в настоящее время такие печи для производства ферросплавов не строятся.

Прямоугольные шестиэлектродные печи с тремя однофазными трансформаторами (рис. 161), представляющие собой практически три однофазных печи с общей ванной, в значительной степени сво­ бодны от указанных выше недостатков прямоугольных печей и отли­ чаются рядом достоинств, в частности при их использовании облег­ чается загрузка шихты, легче регулируется расстояние между элек­ тродами в зависимости от электрического сопротивления применя­ емой шихты.

Шихтовые материалы, особенно при производстве кремнистых сплавов, попадая в зону высоких температур, начинают оплавляться и спекаться, что резко ухудшает газопроницаемость шихты. Для восстановления нормального положения приходится прокалывать шихту жердями, металлическими прутьями или другими приспосо­ блениями. Кроме того, в результате тех или иных технологических нарушении часто происходит сужение реакционного тигля и для

Рис. 160. Круглая закрытая ферросплавная печь с вращающеЛся ванноЛ мощностью 16,5 мВ* Л:

его расширения приходится затрачивать очень много труда. Для. устранения этих недостатков были предложены конструкции печей

свращающейся ванной, отличающиеся следующими преимуществами:

1)улучшается ход технологического процесса, так как обеспечи­ вается хорошая газопроницаемость шихты;

2)удлиняется срок службы футеровки печи;

3)успешно разрушаются карборунд и шлаковый «козел» по всей площади ванны, что обеспечивает удлинение кампании печи, особенно при производстве кристаллического кремния и силикокальция;

4)обеспечиваются ровный ход печи и разрушение настылей на колошнике и перегородок в подсводовом пространстве, что способ­ ствует устойчивой работе закрытой печи для восстановительных процессов.

434

В рафинировочных печах также в ряде случаев целесообразно применять вращающиеся ванны, поскольку при этом, например, обеспечивается равномерное вычерпывание сплава при производстве ферровольфрама, а при производстве рафинированного феррохрома повышается стойкость футеровки.

Отечественный опыт показывает, что вращение ванны печи позво­ ляет повысить ее производительность на 3—6% и снизить удельный

расход электроэнергии на 4—5% при одновременной значительной экономии сырых материалов.

В целях улучшения показателей процесса, защиты воздушного бассейна, утилизации газов, теплота сгорания которых составляет

сплавов стали широко применять закрытые печи. Эти печи (см. рис. 160) в основных деталях аналогичны открытым печам, но у них дополнительно имеется свод.

Длина рабочего конца электродов у закрытых печей несколько больше, чем у открытых, что сказывается на увеличении потерь

электроэнергии. Но в то же время в закрытых печах резко снижается индуктивное сопротивление короткой сети, так как шихтованный пакет шин доводится почти до центра свода печи.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА

Параметры ванны ферросплавной печи и, в частности, внутрен­ ний диаметр ванны d a выбирают исходя из диаметра электрода d 3, диаметра распада электродов d p, являющегося в свою очередь функ­ цией диаметра электрода и рода выплавляемого сплава, и допусти­ мой величины зазора а между электродом и футеровкой.

Так как для определения параметров ферросплавной печи еще не создана научно обоснованная методика, их выбирают исходя из условия подобия размеров проектируемых и хорошо работающих печей. В нашей стране разработан размерный ряд ферросплавных печей (табл. 15), некоторые параметры которых для основных моди­ фикаций приведены в табл. 16.

Как правило, диаметр электрода выбирают, исходя из допусти­ мой плотности тока на 1 см2 поперечного сечения электрода, вели­ чину которой снижают с увеличением диаметра электрода.

Допустимая плотность тока в электроде зависит от его материала и диаметра и составляет для самоспекающихся электродов 6—8, угольных 7— 12 и графнтированных 14—28 А/см2 (верхние значения

П р и м е ч а н и я : I. В обозначении типа печи первая буква «Рд> означает руднотерми­ ческую электропечь; вторая буква определяет форму ванны: «К» — круглая, «П» — прямо­ угольная; третья буква обозначает: «О» — открытую печь и «3» — закрытую печь; цифра после буквенного обозначения — установленную мощность печи, MBA. 2. Круглые печи поставляются с механизмом вращения ванны. 3. Рафинировочные электропечи поставляют­ ся с механизмом наклона ванны.

436