yandex.metrica
Ферросплавные печи

Общая характеристика ферросплавных печей

Ферросплавные печи пригодны для ряда электротер­мических производств, например, для получения ферросплавов, чугуна, карбида кальция, фосфора и т. д., и часто объединяются под более общим названием — руднотермические печи. Эти печи работают как с закрытой (выплавка ферросилиция, углеродистого феррохрома и ферромарганца и т. д.), так и с открытой (производст­во ферровольфрама и т. д.) дугой. В ряде случаев используется смешанный режим: в первый период печь работает с закрытой дугой, затем дуга постепенно открывается и во второй период горит открытая дуга. По­добный режим наблюдается при производстве рафинированного феррохрома некоторых марок, силикокальция СК 10 и СК 15 и т. д.

Процессы выплавки ферросплавов могут быть непре­рывными (с непрерывной загрузкой шихтовых материалов и периодическим выпуском продуктов плавки) и периодическими (с полным проплавлением загружаемой порции шихты и единовременным выпуском продуктов плавки). Разновидностью периодического процесса яв­ляется плавка «на блок», обычно применяемая в тех случаях, когда выплавляемые сплавы вследствие высо­кой температуры плавления нельзя выпустить в жидком виде из печи (ферровольфрам, ферромолибден и т. д.). В этом случае в зоне электродов сплав стекает на по­дину и быстро застывает, а шлак периодически выпуска­ют из печи. Плавка продолжается до полного заполнения ванны печи, после чего ванну печи выкатывают из-под электродов и затем извлекают блок сплава.

По количеству образующегося шлака процессы про­изводства ферросплавов делятся на бесшлаковые (производство ферросилиция, силикокальция и т. д.) и шла­ковые (производство углеродистого феррохрома, ферро­марганца и т. д.). По назначению ферросплавные печи могут быть восстановительными или рафинировочными, а по конструкции — открытыми и закрытыми как со ста­ционарными, так и с вращающимися ваннами. В зави­симости от формы ванны печи могут быть круглыми, треугольными, прямоугольными и овальными. По спо­собу выпуска из печи сплава и шлака печи делятся на неподвижные и наклоняющиеся.

Ферросплавные печи могут быть однофазными и трехфазными, ведутся работы по использованию печей, работающих на токе пониженной частоты и на постоян­ном токе. Однофазные печи в настоящее время имеют ограниченное применение. В хрехфазных печах электро­ды расположены в одну линию (прямоугольные и овальные печи) или по вершинам треугольника (круглые и треугольные печи). Печи большой мощности могут иметь шесть электродов. Наибольшее распространение получи­ли круглые трехфазные печи с расположением электро­дов по вершинам треугольника. В этом случае под электродами хорошо концентрируется тепло. Подобная печь, оборудованная трансформатором мощностью 33 МВА, показана на рис. 26. Печь закрыта водоохлаж­даемым сводом и оборудована механизмом вращения ванны, что обеспечивает более равномерное протекание физико-химических процессов по сечению ванны, а так­же улучшает условия службы футеровки печи. Выде­ляющиеся из печи газы направляются в систему газо­очистки. Загрузка шихты осуществляется при помощи загрузочных труб и воронок в кольцевые отверстия ме­жду электродами и загрузочными воронками. Такие печи часто называют полузакрытыми, так как часть газа (~15%) из подсводового пространства проходит через шихту, находящуюся в загрузочных воронках, и сгорает над ней.

Схема закрытой печи мощностью 33 МВ*А

Открытые и закрытые печи в основных деталях ана­логичны. Однако уменьшение теплоизлучения в закры­тых печах позволяет сократить расстояние между печа­ми в цехах и. тем самым снизить капитальные затраты на их сооружение. Загрузка шихты в закрытые печи пол­ностью механизирована. Закрытые печи имеют несколько большую длину рабочего конца электродов, чем откры­тые печи, что вызывает увеличение потерь электроэнер­гии. Кроме того, в закрытых печах снижается реактивное сопротивление короткой сети (от низкой ступени транс­форматора до электродов) и улучшаются условия ее службы, так как элементы короткой сети работают при более низкой температуре, чем в открытой печи. Это улучшает электрические характеристики печи.

Для того чтобы сократить длину электрода и полно­стью герметизировать подсводовое пространство печи, все шире используют электропечи, у которых электрододержатель помещен в подсводовое пространство, име­ется уплотнение вокруг электродов и загрузочных труботечек, которые подают шихту под свод печи (рис. 27).

Закрытая печь мощностью 22,5 МВ-А с герметизацией электродов

В последнее время начата эксплуатация рудовосста­новительных электропечей с парогенераторами и дожи­ганием газа под сводом печи, который в этом случае вы­полняет роль пароперегревателя (рис. 28).

Схема парогенератора печи мощностью 75 МВ-А для выплавки 75%-ного ферросилиция

Установка состоит из следующих основных частей:

  1. куполообразного (трубчатого) пароперегревателя, который вместе с огнеупорной изоляцией и наружным стальным кожухом выполняет роль свода (пылеуловительной камеры);
  2. короткого горизонтального газоотвода, соединен­ного с вертикальным газоотводом; оба канала снабжены дополнительными трубчатыми теплообменниками;
  3. аварийной свечи, предназначенной для выброса газа в атмосферу, минуя котел-утилизатор и газоочистку;
  4. вертикального котла-утилизатора с низким отво­дом газа;
  5. спаренных вентиляторов, направляющих газ на га­зоочистку.

Характерной особенностью печи является малый объ­ем выделяющихся газов, составляющий 3640 м3/мин. Газ очищается в рукавных фильтрах, степень очистки составляет 98%.

Шихту в печь загружают при помощи завалочной машины через щелевидные отверстия, расположенные с каждой стороны пароперегревателя, имеющего гексаго­нальную форму.

Для проведения рафинировочных процессов широко применяют наклоняющиеся печи с вращающейся ванной (рис. 29). В этих печах облегчается как выпуск метал­ла и шлака, так и ведение технологического процесса и улучшаются условия службы футеровки. Рафинирован­ные печи работают периодическим процессом с проплавлением шихты и раздельным или совместным выпуском сплава и шлака. На многих рафинировочных печах уста­новлен арочный неохлаждаемый свод из хромомагнези­тового кирпича. В некоторых случаях подобные печи оборудованы выкатными ваннами.

Наклоняющаяся и вращающаяся печь для выплавки рафинированного феррохрома

При ведении процесса с получением блока, а также в случае необходимости быстро заменить ванну при переходе с одного сплава на другой или при образовании в процессе плавки большого количества карбидов, что вы­зывает зарастание ванны, используют печи с выкатыва­ющейся ванной.

В настоящее время, исходя из опыта эксплуатации отечественных ферросплавных печей и требований технологии, разработаны типовые конструкции печей для выплавки ферросплавов, основные параметры которых приведены в табл. 3. В табл. 4 приведены основные тех­нологические данные некоторых эксплуатируемых ферросплавных печей.

Основные параметры ферросплавных электропечей

Технические данные некоторых ферросплавных печей

Технические данные некоторых ферросплавных печей

Следует иметь в виду, что, когда это позволяет тех­нологический режим, более рентабельными являются крупные печные агрегаты. Это обеспечивает снижение удельных капиталовложений и эксплуатационных рас­ходов и рост производительности труда.

Производство специальных сортов ферросплавов мо­жет потребовать как определенного усовершенствования конструкции печей, так и применения различных типов вакуумных или компрессионных печей. Так, для производства особо низкоуглеродистого феррохрома использу­ют вакуумные печи сопротивления и индукционные ва­куумные печи, для азотирования феррохрома пригодны компрессионные печи различных типов. В последнее вре­мя ведутся исследовательские работы по применению для производства ферросплавов электроннолучевых, плазменных и других типов печей.

Производство некоторых видов ферросплавов не тре­бует внешнего подвода тепла. Тепла, выделяющегося в этом случае в результате реакции между оксидами веду­щего элемента и восстановителями, достаточно для про­текания процесса. Поэтому выплавку подобных ферро­сплавов производят в плавильных горнах (шахтах). Поскольку в качестве восстановителя применяют преи­мущественно такие элементы, как алюминий и кремний, то такие процессы называют металлотермическими.

Широкое внедрение в последние годы различных ме­таллотермических процессов с предварительным расплавлением части шихты или электроподогревом шлака превратило плавильный горн для металлотермической плавки в сменную ванну электропечи, оборудованную в отдельных случаях механизмом для слива сплава и шла­ка. Горны имеют круглое сечение и выполняются из лис­тового железа или из отдельных литых секций, скреплен­ных между собой болтами. Они могут быть неподвижными или устанавливаться на тележки. Установленные на тележки горны подают для плавки в плавильную камеру или под электроды дуговой печи; над неподвижными гор­нами устанавливают вытяжные зонты. В первом случае обеспечивается лучшее пылеулавливание.

Размеры горна и его конструкция должны быть при­способлены к способу загрузки шихты в горн и к тому, как остывает сплав и шлак (плавка на блок или с вы­пуском сплава, или с выпуском сплава и шлака). Футе­ровка горна выполняется из огнеупорного кирпича или огнеупорной набойки. Обычно используют магнезитовый или шамотный кирпич, в некоторых случаях подиной служит металлический блок. Вид футеровки зависит от выплавляемого сплава и главным образом от характера образующегося шлака. Несмотря на высокую температуру процесса, футеровка горна разъедается относительно слабо, так как металлические плавки проходят очень быстро.