Восстановительные ферросплавные печи

Теоретические основы получения ферросплавов.

Ферросплавы получают путем восстановления кислородных со­единений элементов, входящих в состав исходного сырья. В качестве восстановителя применяют вещества, которые обладают большим сродством к кислороду, чем элементы, подлежащие восстановлению. В соответствии с этим различают процессы углетермические (восста­новитель — углерод) и металлотермические (в качестве восстановите­ля используются металлы), например алюминотермический и сили-котермический процессы. В составе руд и концентратов, используе­мых для выплавки ферросплавов, имеются оксиды элементов, присутствие которых в ферросплаве нежелательно, т.е. необходимо создать условия, препятствующие их восстановлению (особенно ес­ли эти элементы снижают качество ферросплава). В данной ситуации необходимо использовать элемент-восстановитель, который в условиях плавки об­разует оксид, более прочный, чем оксид элемента, подлежащего вос­становлению.

К примеру, кремний применяют в качестве восстановителей ма­лоуглеродистых и безуглеродистых сплавов хрома, марганца, ванадия {силикотермия), а алюминий при производстве сплавов марганца, титана и циркония (алюминотермия).

На практике используют комплексное восстановление оксидов: сначала углеродом, а затем сплавами кремния или алюминия (вы­плавка ферровольфрама и силикованадия).

Для практических целей пригодны восстановители и ферросплавы, которые укладываются в следующую форму:

Me_nO_m + R → nMe + RO_m

|-ΔG_ROm | - |-ΔG_MenOm| ≥ 10⁵

К примеру, алюмотермия:

MnO + Al → Mn + Al₂O₃

Большая разница энергий Гиббса глинозема (Al₂O₃) и оксида мар­ганца (MnO) способствует более полному завершению реакции вос­становления марганца.

Восстановительные ферросплавные печи работают непрерывно. В работающей печи электроды погружены в твердую шихту и дуга горит под слоем шихты. Шихту пополняют по мере ее проплавления; сплав и шлак выпускают периодически. Печи этого типа оснащены мощными трансформаторами 10 000 – 120 000 КВ * А (10 – 120 МВт). Используют печи трехфазные, стационарные или вращающиеся вокруг вертикальной оси; ранее печи изготавливали открытыми, а новые печи делают закрытыми, т.е. с рабочим пространством, закрытым сверху водоохлаждаемым сводом.

Схема устройства и ра­боты ферросплавной печи: 1- футеровка; 2- жидкий сплав; 3 - гарнисаж; 4 — шихта; 5 - за­грузочный (печной) бункер; 6-электрод; 7 - свод; 8 - летка

В поперечном сечении большая часть ферросплавных печей круглые, а ряд новых мощных печей имеют прямоугольную форму. Большая часть печей оборудована тремя электродами, а печи большой мощности иногда имеют шесть электродов. В круглых печах электроды расположены по вершинам равно­стороннего треугольника, а в прямоугольных печах - в ли­нию. Для выпуска продуктов плавки печь имеет одну—две, а иногда три летки. Если технологический процесс связан с раздельным выпуском металла и шлака, имеются две летки (металлическая и шлаковая), расположенные на различных уровнях.

Материалы, применяемые для футеровки печи, выбирают и зависимости от выплавляемого сплава. Так, для выплавки кремнистых сплавов и углеродистого ферромарганца рабочее пространство печи выкладывают из угольных блоков, а для выплавки углеродистого феррохрома - из магнезитового кир­пича.

Для ферросплавных печей характерна подина большой тол­щины. Общая толщина футеровки подины достигает 2,5 м. При такой толщине подины обеспечивается большая тепловая инерция и облегчаются условия сохранения устойчивой тем­пературы в плавильной зоне печи при кратковременных прос­тоях.

В большинстве ферросплавных печей рабочим слоем футе­ровки служит так называемый гарнисаж, т.е. настыль, обра­зованная из проплавляемой руды, шлака и сплава.

Свод выполняется водоохлаждаемым.

Механизм вращения ванны предусмотрен на многих ферро­сплавных печах. Вращение ванны позволяет предотвратить зависание шихты и образование настылей. В таких печах ванна крепится на железобетонной плите, опирающейся на ходовые колеса, которые катятся по кольце­вому рельсу, заложенному в фундаменте.

В восстановительных ферросплавных печах применяют само­спекающиеся непрерывные электроды, причем формирование электрода (обжиг и спекание электродной массы) происходит в процессе работы ферросплавной печи. Эти электроды в три раза дешевле графитированных электродов, применяемых в дуговых сталеплавильных печах.

Самоспекающийся электрод представляет собой заполненный электродной массой кожух из стального листа толщиной 1—3 мм с продольными ребрами внутри.

Электродную массу изготавливают из термоантрацита, кокса, каменноугольной смолы и пека. Электродную массу забрасывают в кожух сверху в холодном состоянии. Под действием тепла печи масса размягчается и плотно заполняет кожух. В процессе работы печи по мере сгорания и опускания электрода необожженная его часть постепенно приближается ко все более нагретым зонам печи; масса постепенно теряет летучие.

Самоспекающийся электрод:

1 — кожух электрода; 2 — электродная масса; 9 — свод печи; 10 — шихта

По мере сгорания электрод опускается, а сверху с дозировочной площадки к железному кожуху приваривают, не выключая тока, новую секцию, которую на­полняют электродной массой.

Дата добавления: 2014-01-11