Ферросплавная печь — основные моменты

Ферросплавная печь принцип работыФерросплавные печи — это вид электрических печей, предназначенный для выплавки ферросплавов. Нагревание шихты в таких агрегатах происходит под действием электрической дуги. Ферросплавы — это общее название соединений железа с различными химическими элементами (кремнием, марганцем, хромом и др.). Они применяются в металлургическом производстве для легирования железа, что улучшает его характеристики. Параллельно для ферросплавных печей используется и другое название — рудно-термические печи для получения ферросплавов. В свою очередь, рудно-термическими печами называют все печи, в которых руда подвергается тепловой обработке с целью получения различных материалов.

Устройство ферросплавных печей зависят от тех технологических процессов, которые происходят в агрегате, то есть электро- и металлотермических. Маркировка печей дает представление о конструкции устройства и указывает на мощность трансформатора, которая измеряется в МВА. Буквы в маркировке расшифровываются так:

  1. Р — рудно-термическая.
  2. К — круглая ванна. П — прямоугольная ванна.
  3. О — открытая печь. З — закрытая герметичным сводом.
Так, марка печи РКЗ-16,5 говорит о том, что данная рудно-термическая печь оснащена круглой ванной; агрегат закрыт сводом; мощность используемого трансформатора составляет 16,5 МВА.

Также ферросплавные печи подразделяют на непрерывного и периодического действия. Первые — восстановительные, а вторые — рафинировочные.

На следующих рисунках показана печь РКЗ в разрезе и в плане. Как видно, агрегат имеет форму невысокого цилиндра (шахты) с 3 электродами.

Устройство ферросплавной печи РК3

Электроды в ферросплавных печах преимущественно используются 3 видов: графитированные, угольные и самоспекающиеся. Для получения графитированных чистые углеродистые материалы прессуют, после чего обжигают при температуре 2600°С. Чтобы получить угольные электроды, сначала дробят антрацит и каменноугольный кокс, затем добавляют к ним связующие материалы, прессуют и обжигают при температуре 1300°С. Получение самоспекающихся электродов осуществляется путем заполнения специальных форм электродной массой, которая постепенно спекается в процессе погружения форм в рабочее пространство печи. Из всех видов графитированные со специальной пропиткой считаются наиболее качественными. Плотность тока в них составляет 20 А/см2. В то же время самоспекающиеся являются наименее дорогостоящими. Но и плотность тока в них заметно ниже — 5-7 А/см2. Потому их приходится делать значительно большего диаметра.

Схема ферросплавной печи

Ферросплавная печь футеруется угольными блоками и шамотным кирпичом. Первые используются для подины и нижней части стен. Второй — для верхней части стен. На подине общий слой футеровки достигает 1,8 м (1,2 м — угольные блоки, 0,6 м — теплоизоляция). На стенах — 0,5 м. Если необходимо получить ферросплавы с низким содержанием углерода, угольные блоки заменяют магнезитом.

Принцип работы ферросплавной печи

Чтобы шихта в печи плавилась равномерно и во избежание образования спеков, некоторые печи оборудуются механизмом вращения, для чего в конструкции предусматриваются ходовые колеса и кольцевые рельсы. Вращение происходит только в пределах определенного сектора (обычно не более 130°) и является реверсивным.

Работа ферросплавной печиСвод печи разделен на 6 секций с циркулирующей в них водой. Снизу он покрыт слоем жаростойкого бетона. В отличие от самой печи, свод установлен неподвижно. В нем имеется ряд отверстий для противовзрывных люков, загрузочных воронок и газоотводных трубок.

Плавильный процесс в печи проходит постоянно. Чтобы электроды все время находились погруженными в шихту, через загрузочные воронки материал (агломерат, флюсы, окатыши, топливо) подается порциями (колошами). На колошниках (верхней части агрегата) постоянно должна лежать шихта в виде конуса вокруг каждого электрода.

Электрическая дуга, проходя между электродами, создает под слоем шихты зону реакции, имеющую форму стакана. Его стенки оплавлены при температуре около 2000°С. Внутри «стакана» происходит реакция восстановления при температуре 2100-2200°С. Здесь содержимое находится в жидкой и газообразной форме. Тепловая энергия поступает благодаря электрической дуге. При этом она расходуется не только на плавление продуктов реакции, но и на прогревание шихты выше реакционной зоны. Часть тепла отводится вместе с газообразными продуктами, в том числе с парами оксидов и металлов.

Благодаря тому, что над зоной реакции находится примерно метровый слой шихты, теплоту газов удается эффективно использовать на ее нагревание. Газы, которые отводятся из рабочего пространства печи, после их очистки от пыли называют ферросплавными. Неочищенные газы называются колошниковыми. Когда шихта поступает непосредственно в зону реакции, она уже достаточно хорошо прогрета газообразными продуктами и из нее удалены все летучие компоненты. Когда готового металла и шлака набирается определенное количество, они выгружаются из печи с помощью сливного желоба.
Конструкция ферросплавных печей такова, что непосредственно подсчитать, какое количество металла выплавлено, невозможно. Потому расчеты ведут приблизительно исходя из мощности агрегата и количества энергии, требуемой для выплавки тонны ферросплава. Например, мощность печи составляет 1,5 МВт. На изготовление 1 тонны продукта необходимо 3 МВт•час электроэнергии. Нужно определить, сколько металла будет получено за 8 часов работы. Для этого производятся простые расчеты: на выплавку 1 тонны металла нужно 3/1,5=2 часа. За 8 часов будет выплавлено 8/2=4 т ферросплава.
Температура плавления различных ферросплавных материалов отличается. Например, для ферромарганца она составляет 1220-1260°С. Разливается он на ленточных машинах при температуре 1340-1380°С. Печной выпуск имеет температуру 1500-1600°С. Когда в ферросплавной печи восстанавливаются окислы, происходит выделение значительного количества окиси углерода:

MnO+C=Mn+CO-288,288 кДж/моль

На сегодня актуальным остается вопрос эффективного использования колошникового газа. Иногда он идет на обжиг известняка или же как топливо для котельных. Но часто он просто сжигается в свечах над цехом. Ферромарганцевый колошниковый газ имеет приблизительно такой состав (в объемных долях):

СО — 80…90%; СО2 — 2…10%; Н2 — 2…6%; СН4 — 0…5%; N2 — 0…3%; О2 — 0,04…0,08%.

Такой газ обладает достаточно высокой теплотой сгорания (9-10 МДж/м3).

Для разных сплавов удельный расход энергии отличается:

  • для ферросилиция (75% кремния): 570 кг у. т./т кварцита или 8,5-8,8 МВт•час/т ферросилиция. Это соответствует 1040-1080 кг у. т./т ферросилиция;
  • для ферромарганца (76% марганца): 120-130 кг у. т./т концентрата или 3,8-4,1 МВт•час/т ферромарганца. Это соответствует 460-510 кг у. т./т ферромарганца;
  • для высокоуглеродистого феррохрома (60% хрома): 230-240 кг у. т./т концентрата или 3,7-4 МВт•час/т концентрата. Это соответствует 450-490 кг у. т./ т феррохрома.

Особенности производства углеродистого ферромарганца

Производство высокоуглеродистого ферромарганца возможно 2 способами: флюсовым и бесфлюсовым. Главное их отличие состоит в том, что происходит при обработке с фосфором, содержащимся в шихте. До 90% этого химического элемента попадает в готовый продукт, от 5 до 10% уходит в шлак и примерно столько же испаряется. Бесфлюсовый процесс отличается тем, что при нем в шихту не добавляют известняк или известь. Вместо этого, используют коксик в качестве восстановителя и железную стружку. В результате планируется получить некоторое количество ферромарганца, засоренного фосфором, и достаточно большое количество шлака с малым содержанием фосфора. Засоренный ферромарганец имеет незначительную ценность в металлургии. В то же время малофосфористый шлак подлежит дальнейшей обработке флюсовым методом для получения таких ценных материалов, как низкофосфористые ферромарганец и силикомарганец. Образующийся при этом шлак называют отвальным.

В таблицах приняты следующие составы материалов. Марганцевый агломерат: MnO 50 %; CaO 5; SiO2 28; MgO 2; FeO 4; l2O3 4; Fe2O3 2; Mn3O4 5; P2O5 ~0,41 %. Малофосфористый шлак: MnO 60 %; SiO2 30; CaO 4; Al2O3 3; R2O 2; MgO 1; P2O5 ~0,02 %. Ферромарганец: Mn 76 %, C 6,6; Si 1,2; Fe 16; P ~0,45 %. Отвальный шлак: MnO 12 %; CaO 37; SiO2 33; MgO 8; FeO 1; Al2O3 7; P2O5 ~0,035 %. Колошниковый газ: СО 92 % (масс.); СО2 6,5; Н2 0,15; летучие 1,5 %. При составлении балансов приняты следующие реакции. Реакции шлакообразования: MnO + SiO2 = MnSiO3; 2MnO + SiO2 = 2MnO⋅SiO2; CaO + SiO2 = CaO⋅SiO2; MgO + SiO2 = MgO⋅SiO2. Реакции восстановления оксидов: MnО → Mn + 0,5 O2; SiO2 → Si + O2; Fe2O3 → 2 Fe + 1,5 O2; P2O5 → 0,5 P4 + 2,5 O2.

Ориентировочный материальный баланс выплавки высокоуглеродистого ферромарганца флюсовым процессом (кг/кг)

Как следует из таблице ниже удельный расход электроэнергии в рабочем пространстве печи составляет 12550 /3,6 = 3486 кВт⋅ч/т или 430 кг у.т./т ферромарганца. Если принять потери электроэнергии в подводящих токопроводах и в печном трансформаторе 10 %, то для ферросплавной установки расход электроэнергии составит 3486 х 1,1 = 3835 кВт⋅ч/т или 470 кг у.т./т.

Ориентировочный тепловой баланс рабочего пространства ферросплавной печи при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца флюсовым процессом (на 1 кг металла)

Как экономить энергию

Чтобы сделать расход энергии при ферросплавном производстве как можно ниже, перспективными видятся такие направления:

  • химическая теплота ферросплавных газов может быть использована для предварительного нагревания шихты в той же печи либо в отдельной;
  • физическая теплота расплавленных в печи материалов может быть применена для нагревания воды, образования пара и подогрева шихты;
  • для оборудования печи отдавать предпочтение более дешевым самоспекающимся электродам (вместо графитированных и угольных). Это позволит существенно снизить затраты времени на регламентированные простои, вследствие чего в окружающую среду будет уходить меньшее количество теплоты;
  • для кладки печи необходимо использовать огнеупорные материалы, обладающие невысокой теплопроводностью.


Похожие статьи:
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (Нет голосов, будьте первым)
Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *