Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Конструкция ферросплавных печей

Ферросплавы выплавляют преимущественно в мощных электрических печах специальной конструкции, получивших название ферросплавных печей. Эти печи пригодны для ряда электротермических производств: получения ферросплавов, электроплавки чугуна, производства карбида кальция, фосфора и др., и их часто объединяют под более общим названием рудовосстановительных или рудотермических печей.

Ферросплавную печь характеризуют следующие параметры:

Электрические

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

2) коэффициент мощности печи cosφ;

3) интервал вторичных напряжений, В;

4) максимальная сила тока в электроде, кА;

5) электрический к.п.д. печи η_э;

Геометрические

6) диаметр электрода d_э, мм (для прямоугольных электродов сечение bхl мм, где b и l — соответственно ширина и длина поперечного сечения электрода, мм);

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

8) диаметр кожуха печи D_к, мм (для прямоугольной печи ширина В_к и длина L_к кожуха, мм);

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

10) глубина ванны h, мм;

11) высота кожуха печи Н, мм.

Технологические

12) производительность печи, G, т/сут;

13) средний удельный расход электроэнергии w_уд, кВт ч/т;

14) удельный расход шихтовых материалов на тонну сплава, т/т;

15) длительность внеплановых простоев печи, %;

16) плотность тока на электродах j, А/см².

По своему назначению ферросплавные печи могут быть восстановительными или рафинировочными, а по конструкции — открытыми, закрытыми и герметичными, 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.

Печи для рафинировочных процессов, предназначенные для выплавки рафинированных ферромарганца и феррохрома, ферровольфрама и других сплавов, по своему устройству стоят ближе к электросталеплавильным дуговым печам, на базе которых их конструируют.

Рисунок Круглая закрытая ферросплавная печь с вращающейся ванной мощностью 16,5 мВА: 1 — короткая сеть; 2 — ванна печи; 3 — опорная плита; 4 — механизм вращения ванны; 5 — аппарат для прожига летки; 6 — свод; 7 — токоподвод; 8 — гидроподъемник; 9 — устройство для перепуска электродов

В промышленности используют однофазные и трехфазные ферросплавные печи; ведутся работы по использованию печей, работающих на постоянном токе. Однофазные печи в настоящее время строят только для специальных целей и они имеют очень ограниченное применение. Ванну однофазных печей изготовляют цилиндрической 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 расположением электродов по вершинам треугольника (круглые печи). Печи большой мощности изготовляют и с шестью электродами.

Наиболее широко распространены в ферросплавной промышленности круглые трехфазные печи.

В круглой печи, электроды которой расположены по треугольнику, тепло концентрируется достаточно хорошо для того, чтобы образующиеся под каждым электродом 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, достигающим 0,95 (даже у печей мощностью 40—60 МВА), и минимально выраженным явлением «мертвой» и «дикой» фаз.

Прямоугольные трехэлектродные печи характеризуются сравнительно низким cosφ печной установки и у них резко выражается явление «дикой» и «мертвой» фаз. К этому следует добавигь, что образование 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.), представляющие собой практически три однофазных печи с общей ванной, в значительной степени свободны от указанных выше недостатков прямоугольных печей и отличаются рядом достоинств, в частности при их использовании облегчается загрузка шихты, легче регулируется расстояние между электродами в зависимости от электрического сопротивления применяемой шихты.

1 — механизм перепуска электродов; 2 — механизм перемещения электродов; 3 — короткая сеть, 4 — кольцо зажима электродов; 5 — электрод; 6 — загрузочная воронка; 7 — свод; 8 — футеровка ванны печи; 9 — кожух печи; 10 — фундамент печи

Рисунок - Прямоугольная закрытая шестиэлектродная печь:

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 приспособлениями. Кроме того, в результате тех или иных технологических нарушений часто происходит сужение реакционного тигля и для его расширения приходится затрачивать очень много труда. Для устранения этих недостатков были предложены конструкции печей с вращающейся ванной, отличающиеся следующими преимуществами:

1) улучшается ход технологического процесса, так как обеспечивается 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 способствует устойчивой работе закрытой печи для восстановительных процессов.

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 позволяет 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 около 10,9 Мдж/м³, и улучшения условий труда и службы оборудования в производстве ферросплавов широко применяют закрытые печи. Эти печи 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. При выборе параметров печи важно правильно определить диаметр распада электродов. Слишком малый диаметр распада электродов приводит к наложению реакционных зон и, следовательно, к очень большой концентрации мощности. В результате температура в этой зоне резко повышается и понижается полезное сопротивление шихты, что приводит к высокой посадке электродов и к повышенным потерям в улет восстановленных элементов и тепла, особенно марганца, кальция, кремния. Выбор завышенного диаметра распада электродов приводит к дополнительным потерям тепла из-за слишком больших размеров ванны печи и к холодному ходу печи, к образованию под электродами отдельных, не связанных между собой реакционных тиглей и к затруднениям с выпуском сплава. В большинстве работ рекомендуется принимать диаметр распада электродов из условия d_p = 2,5d_э.

Для печей с вращающейся ванной диаметр d_p может быть уменьшен до девяти десятых диаметра распада электрода печи аналогичной производительности, но со стационарной ванной. Это возможно, поскольку глубокая посадка электродов обеспечивается охлаждением реакционной зоны надвигающейся шихтой, разрушением хорошо электропроводного карборунда, уменьшением размеров тигля и изменением его формы, а также ввиду уменьшения вязкого и хорошо электропроводного слоя вокруг газовой полости тигля.

Отмеченные выше факторы и постоянное перемещение очагов высокой температуры относительно пода и стен печи облегчают службу футеровки печей с вращающейся ванной и позволяют снизить величину расстояния а от электрода до футеровки печи на 30% против принятой для стационарных печей до (0,8—1,0) d_э применительно к бесшлаковым и до (0,95—1,2) d_э применительно к шлаковым процессам.

Сообразно с изложенным для выбора диаметра ванны рекомендуются следующие соотношения:

1. Для стационарных печей при бесшлаковом процессе

d_в = d_p + d_э + 2а = dp + 2,7d_э;

при шлаковых процессах, когда условия службы футеровки усложняются и необходимо увеличить величину a:

d_в = d_р + d_э + 2а = d_p + 3,3d_э.

2. Для печей с вращающейся ванной:

при бесшлаковом процессе d_э = 0,9d_p + 2,5d_э;

при шлаковых процессах: d_в = 0,9d_p + 3,0d_э.

Отечественная практика и зарубежные данные показывают, что диаметр ванн для закрытых печей обычно увеличивают примерно на величину до 1,0d_э сравнительно с аналогичными открытыми печами.

Наружный диаметр печи выбирают равным d_вплюс двойная толщина футеровки, которая определяется мощностью печи и технологическими особенностями процесса.

Глубину h ванны печи определяют в зависимости от диаметра электрода и плотности тока в нем, рода выплавляемого сплава и мощности печи. Обычно для открытых печей мощностью свыше 7500 кВА величину h связывают с диаметром электрода уравнением h = 2,2d_э для закрытых печей высоту h определяют по условиям обеспечения надлежащего подсводового пространства, что приводит к ее увеличению примерно до 2,5—2,7d_э.

Толщина подины на мощных печах составляет около 2 м и общая высота печи Н = h + 2 м.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒