Ферросплавное производство

Конструкция ферросплавных печей

Ферросплавные печи по назначению подразделяют на восстанови­тельные и рафинировочные. В восстановительных печах в качестве восстановителя используют углерод и процесс ведут, как правило, непрерывно. При этом электродные дуги горят под слоем шихты, за­гружаемой в печь по мере ее проплавления, а готовый сплав и шлак выпускают периодически. Такие ферросплавы, как ферросилиций, силикокальций, карбид кальция, углеродистый феррохром, углеро­дистый ферромарганец, силикохром, силикомарганец, выплавляют непрерывным процессом.

Производство передельного марганцовистого шлака осуществля­ют периодически. Восстановительные печи оснащают трансформа­торами мощностью 7-60 МВт. В рафинировочных печах используют в качестве восстановителя сплавы, содержащие кремний или алюми­ний, и процесс ведут с полным проплавлением шихты и периодиче­ским выпуском готового сплава и шлака.

В период расплавления шихты в таких печах электроды погруже­ны в шихту, как и в печах непрерывного действия. Затем, по мере на­копления жидкого расплава, электроды поднимают и дуги горят от­крыто. Обычно рафинировочные ферросплавные печи, использую­щие тепло экзотермических реакций окисления кремния и алюминия, оснащаются трансформаторами мощностью 3-6 МВт. В этих печах выплавляют безуглеродистый и среднеуглеродистый феррохром, ферромарганец, ферровольфрам, феррованадий и др.

По конструктивным особенностям ферросплавные печи разделяют на открытые, закрытые, стационарные, наклоняющиеся относитель­но горизонтальной оси и вращающиеся вокруг вертикальной оси.

Основными элементами конструкции ферросплавной печи явля­ются:

  • кожух;
  • свод печи;
  • электрододержатель;
  • несущий ци­линдр;
  • механизм для перемещения электрода;
  • тормозное устрой­ство для перепускания электрода;
  • водоохлаждение печи;
  • загру­зочное устройство;
  • отсасывающая и обдувная вентиляции;
  • уст­ройство для обслуживания летки;
  • механизм вращения ванны.

Кожух печи выполняют сварным из котельного железа толщиной 15-30 мм в виде цилиндра. Из-за трудности механизации процесса загрузки шихты в цилиндрические шестиэлектродные печи кожуху придают прямоугольную форму. ДЛя придания жесткости к кожуху приваривают снаружи вертикально швеллеры или балки, кроме того делают несколько горизонтальных поясов жесткости из листовой профильной стали. Днище кожуха выполняют плоским и опирают на параллельно установленные двутавровые балки, размещенные на за­деланных в фундамент рельсах.

Для удобства транспортировки и монтажа применяют кожухи из отдельных секций, стягиваемых болтами с асбестовыми прокладками для герметизации. Кожухи ферросплавных печей, работающих с пол­ным проплавлением шихты, исполняют менее массивными и жест­кими. Иногда применяют стационарные печи без кожуха с поясами жесткости, что облегчает условия наблюдения за состоянием футе­ровки и проведения ее ремонта.

Кожухи некоторых печей непрерывного действия снабжены меха­низмами вращения вокруг вертикальной оси, обеспечивающими выполнение одного оборота печи за 36-96 ч. Уменьшения деформа­ции кожуха из-за перегрева достигают внешним орошением водой, поступающей из кольцевой трубы и стекающей по желобу.

Свод закрытой печи изготавливают из стали или чугуна с водяным охлаждением и жаропрочного бетона. Свод состоит из нескольких водоохлаждаемых и изолированных одна от другой секций. Для вра­щающейся печи свод неподвижен, имеет больший диаметр, чем ко­жух, и опирается на песочное уплотнение перекрытия печного про­лета. При герметизации печи под сводом поддерживают положитель­ное давление (~5 Па), сводовые отверстия для электродов снабжены специальными уплотнителями. Уплотнение загрузочных люков в своде осуществляется столбами шихтовых материалов, всегда нахо­дящихся в трубах для их подачи. На закрытых печах для ферросили­ция электродные отверстия уплотняются шихтой, подаваемой через специальные воронки по периметру электродов.

На практике получил распространение металлический секцион­ный водоохлаждаемый свод, футерованный снизу огнеупорным бетоном и сверху шамотным кирпичом.

3
Рис. Водоохлаждаемый свод ферросплавной печи: 1 — сводовое кольцо; 2 — опорный кронштейн, 3 — загрузочная воронка, 4 — водоохлаждаемая центральная секция свода, 5 — крышка взрывного клапана

Секции собирают в сводовом кольце и подвешивают к кронштейнам, опирающимся на рабочую площадку цеха. В своде устраивают отверстия для отвода к газоочистке выделяющихся газов и для предохранительных клапа­нов. Свод и секции выполняют электроизолированными. Газ отсасы­вают из подсводового пространства через водоохлаждаемый сводо­вый стакан, установленный в одном из отверстий.

Газ очищают от пыли интенсивным перемешиванием с водой в наклонном, орошаемом форсунками газоходе и в трубе Вентури.  Влажный газ пропускают через каплеотделитель и подают к газорас­пределительной станции, а частицы с водой направляют по шламоотводу в отстойник.

В ряде случаев для закрытых ферросплавных печей применяют комбинированные своды, выполненные в виде стального водоохлаж­даемого каркаса с футеровкой из огнеупорных блоков.

Электрододержатель состоит из кольца нажимных стаканов с пружинами и токоведущих контактных щек. Кольцо выполняется из двух полуколец, соединенных через бронзовые втулки и шайбы (для разрыва магнитного контура) болтами. Полукольца изготавливают в виде полых водоохлаждаемых отливок с приливами для пружинных зажимных устройств. Число нажимных устройств и контактных щек колеблется от 2 до 8 для печей разной мощности. Контактную щеку прижимают к электроду нажимным стаканом силой мощных пру­жин, сжатие которых осуществляют регулировочным болтом. Пру­жины кольца воспринимают 3/4 нагрузки от электрода, оставшуюся ‘А часть нагрузки несут ленты тормозного устройства. Кольцо водо­охлаждаемыми трубами крепят к специальному литому стальному кольцу, приболченному к цилиндру. Контактная щека выполнена с внутренней полостью для охлаждения водой и двумя приливами из сплава меди (88-91%) и цинка (12-9%). К верхнему приливу щеки подводят ток через водоохлаждаемую медную трубу. Пластину от кольца электрододержателя изолируют прокладкой из алунда или жаростойкого миканита. Для крупных печей применяют контактные щеки из катаной красной меди с высверленными каналами для водя­ного охлаждения. Удовлетворительная работа контактных щек обес­печивается, если самоспекающаяся в их зоне масса электродов нахо­дится в пластичном состоянии. Щёки подвешивают к несущему ци­линдру стальными пластинами.

Несущий цилиндр служит для подвешивания электрода и электро­додержателя через подвесное устройство и для перемещения элект­рода в процессе работы. Цилиндр изготавливают длиной 6—7 м из ко­тельной стали толщиной 10-16 мм. Между цилиндром и электродом устраивают зазор 100—200 мм, в который сверху вдувают воздух. Нижнюю часть цилиндра охлаждают съёмными щитками. Охлажде­ние электрода предотвращает перегрев и загорание электродной мас­сы выше уровня щёк электрододержателя. Поток воздуха между не­сущим цилиндром и электродом препятствует выбиванию газов из рабочего пространства печи. Верх зазора уплотняют резиновой про­кладкой или асбестовой набивкой, которая изолирует электрод от несущего цилиндра и центрирует его. В ряде случаев используют двухслойный уплотнитель, состоящий из шамотного кольца, поджи­маемого к электроду пружинами, и верхней асбестовой или резино­вой прокладки.

Механизм перемещения электрода состоит из приваренной к несу­щему цилиндру рамы из швеллеров, вертикальных стоек и обоймы с блоками. Через блоки пропускают стальные канаты (цепи) и наматы­вают на барабан привода перемещения несущего цилиндра.

Обоймы и металлические стойки изолированы. Каждый электрод снабжен индивидуальным приводом, состоящим из электродвигате­ля, червячного редуктора, цилиндрических шестеренных пар и двух барабанов. Конец троса, сходящий с барабана, соединяют с противо­весом и тем самым уменьшают мощность двигателя. Скорость подъ­ема электродов 0 750-900 мм равна 0,9-0,6 м/мин, скорость спуска меньше скорости подъема на 20-25 %.

В настоящее время механические механизмы подъема электродов заменяют гидравлическими. Они состоят из плунжеров, осуществля­ющих перемещение электродов при подаче в них масла от маслона­порных установок. Плунжеры опираются на стаканы, укрепленные на раме уплотнения, и связаны между собой траверсой, обеспечивающей крепление несущего цилиндра и устройства для перепуска электродов. Механизм перемещения электродов оснащен ограничителями подъема и спуска.

Устройство для перепускания электродов служит для регулирова­ния длины электрода от дуги до электрододержателя. Перепуск элек­тродов осуществляют без отключения печи и производят с примене­нием тормозного устройства.

Тормозные устройства могут быть ручными и механическими. Основными частями ручного тормозного устройства являются тор­мозной зажим и тормозные колодки. Стальная лента с рулона прохо­дит через зажимные и тормозные колодки и приваривается к кожуху электрода. Для печей с массой электрода до 10 т применяют ленту толщиной 1,5—2,0 мм и шириной 100-120 мм. При нормальной рабо­те печи тормозное устройство удерживает ленту и электрод и переме­щается вместе с несущим цилиндром. При перепуске электрода лен­ту растормаживают и поднимают несущий цилиндр на заданную вы­соту. Современные механические пружинно-гидравлические устрой­ства для перепуска электродов клещевого типа крепят на траверсе гидроподъемника или на раме верхнего конца несущего цилиндра.

Устройство снабжают верхним и нижним кольцами, прижимае­мыми к электроду пружинами. До перепускания электрод зажат од­новременно верхним и нижним кольцами. При перепуске разжима­ют нижнее кольцо и электрод вместе с верхним кольцом опускают вниз. Затем вновь зажимают электрод в нижнем кольце и разжимают верхнее кольцо, которое гидравлическими домкратами возвращают в исходное положение и зажимают.

Система позволяет дистанционно управлять перепуском электро­дов и обеспечивает более гладкую поверхность электрода и лучший контакт его с токоподводящей щекой.

Водяное охлаждение печи. Температура в зоне работы электродо­держателя ферросплавной печи -400 °С и может достигать (при обра­зовании «свища» в шихте) более 1000 °С. Для снижения тепловых на­грузок на металлоконструкции ферросплавной печи применяют во­дяное охлаждение. Водой охлаждают:

  • контактные щеки;
  • кольца электрододержателя;
  • трубчатые подвески кольца;
  • щиток несу­щего цилиндра;
  • подвижный башмак;
  • траверсу;
  • токоподводя­щие трубы;
  • секции свода и загрузочных воронок;
  • стаканы отсо­са газа.

Охлаждение элементов конструкции ферросплавной печи осуще­ствляется последовательно технической водой под давлением 0,2-0,25 МПа. Общий расход воды на печь — 5-10 м3/ч на 1000 кВ·А установленной мощности трансформатора.

Обдувная и отсасывающая вентиляции улучшают условия труда об­служивающего персонала. Для уменьшения излучения колошника устанавливают металлические водоохлаждаемые щиты или шторы. На площадку ферросплавной печи от вентиляторов подают очищен­ный от пыли охлажденный воздух. Вокруг печи в местах работы пла­вильщиков устанавливают выводы обдувной вентиляции. Выделение газов от печи мощностью 7500 кВА составляет ~200 тыс. м3/ч. Су­точный выброс пыли при выплавке ферромарганца равен 4,7 т, при выплавке ферросилиция — 1,2 т. В пыли ферромарганцевого произ­водства содержится до 49% оксидов марганца. Для очистки выделяю­щихся газов от пыли используют пенные пылеулавливатели с двумя или тремя решётками производительностью по 100 тыс. м3/ч. Для улавливания пыли, содержащей молибден и вольфрам, применяют электрофильтры. Выделяющийся из закрытых печей газ нагрет до 300—600 °С, имеет высокое содержание СО и пыли, поэтому его ох­лаждают и очищают.

Из печи газ по наклонным футерованным газоотводам поступает снизу в резервуар с водой, где охлаждается до 30 °С и очищается от пыли до содержания ее 2 г/м3. Проходя через вращающееся колесо с насаженными по окружности бичами, газ очищается до остаточного содержания пыли ≤0,1 г/м3. От воды газ очищают в водоотделителе. Газ под давлением 2-4 кПа и с температурой 20 °С поступает через газопровод к потребителю. Некоторое количество газа сгорает в за­грузочных устройствах. По высоте язычков пламени судят о давле­нии газа в печи (давление поддерживается на уровне 10-20 Па).

Устройство для обслуживания летки служит для выпуска из печи жидкого ферросплава и заделывания отверстия огнеупорными материалами.

Весьма часто трудности возникают при вскрытии выпускного от­верстия летки из-за образования в ней настылей. Для облегчения этой операции и поддержания летки в нормальном состоянии ис­пользуют устройство для «прожигания» выпускного отверстия элек­трической дугой.

Для прожигания и разделки летки широко применяют кислород и прием просверливания буром. Для механизированной заделки летки используют пневмопушки или машины с электромеханическим при­водом для выдавливания предназначенной для заделки огнеупорной массы непосредственно в леточный канал. Для улучшения режима работы ферросплавных печей используют механизм вращения ванны, при этом один оборот печи вокруг вертикальной оси выполняется за 40-160ч.