Расчет и описание технологии выплавки ФС75

- залізна руда,

- відходи кременистих сталей.

 

Таблиця 1- Хімічний склад кварциту Толкачевського родовища

Показники	Норми для марок, %
	ТК 97-100	ТК 97-90
SiO2, не менше	97,0
Al2O3, не більше	1,6
Fe2O3, не більше	0,60
Гранулометричний склад	від 25 до 100 мм	від 25 до 90 мм

 

     При виплавці феросиліцію найбільш широко застосовують найдешевший сорт відновника - горішок металургійного коксу. Бажано використовувати коксик з максимальною реакційною здатністю, що відрізняється розвиненою поверхнею, високою питомою електричним опором і мінімальною кількістю шкідливих і шлакоутворюючих оксісдов в золі.За показниками якості горішок коксовий повинен відповідати нормам і вимогам, зазначеним в табл. 2.

 

Таблиця 2- Горішок коксовий по ТУ У 322-00190443-120-97

Найменування показника	Норма для класу та марки
	10х25 мм			8х25 мм
	КО1	КО2	КО3	КО4
Зольність, % не більше	11,0	13,0	15,0	16,0
Масова доля вологи, % не більше	20,0	20,	20,0	22,0
Масова доля кусків розміром, %
Більше 25 мм	10,0	10,0	10,0	10,0
Менше 10 мм	9,0	12,0	15,0	-
Менше 8 мм	-	-	-	13,0

 

В останні роки широке застосування при виплавці сплавів кремнію  знайшов Ангарський напівкокс, що володіє  високим електричним опором і  сприятливим складом золи, яка містить приблизно 76% SiO₂. Його використання дозволило значно поліпшити техніко-економічні показники виробництва.

При виплавці феросиліцію  частково використовують карборундовмісні відходи електродного та абразивного виробництв, що містять від 20 до 50% SіС. Застосування цих відходів ефективно при виробництві низькопроцентних сплавів кремнію, так як карборунд (SіС) легко розкладається залізом з утворенням феросиліцію.

Залізовмісним компонентом шихти при виплавці феросиліцію є стружка вуглецевих сталей. Не можна допускати використання чавунної стружки і стружки легованих сталей, а також забруднення стружкою кольорових металів, оскільки фосфор із чавунної стружки, легуючі і кольорові метали переходять в сплав.

Підготовка шихтових матеріалів до плавки зводиться до дроблення  і сортування їх з метою отримання заданого однорідного гранулометричного складу.

Виплавка феросиліцію  проводиться в рудовідновлювальної  дугового електропечі безперервним процесом, при постійній завантаженні шихтових матеріалів та періодичних випусках сплаву і шлаку. Нормальний технологічний хід печі визначають:

• Якісна підготовка шихтових матеріалів.

• Правильне дозування шихти.

• Правильно вибраний електричний режим.

• Правильне і своєчасне обслуговування печі (забезпечення постійного рівномірного сходу шихти).

• Підтримка оптимальної довжини робочих кінців електродів при виплавці відповідного сплаву феросиліцію.

• Своєчасний випуск сплаву.

Нормальна робота печі характеризується наступними основними ознаками:

• Стійка, оптимальна посадка електродів в шихті.

• Рівномірний сход шихти навколо електродів.

• Колошником печі пухкий, вільно прошиваємо дерев'яною рейкою.

• Максимальним використанням встановленої потужності печі на даному ступені напруги, рівномірної стійкою струмового навантаженням на електродах.

• Рівномірним виходом сплаву (з супутнім шлаком) в відповідно до кількості завантаженої шихти і витрати електроенергії.

Виходом з льотки під невеликим  тиском газу в кінці випуску сплаву з печі.

Підготовлені до виплавці феросиліцію шихтові матеріали  подаються на дозування. Співвідношення мас компонентів шихти встановлює старший майстер, виходячи з:

- Розрахунку шихти, що виконується на підставі матеріальних балансів плавки і затвердженого головним інженером;

- Обліку присутньої вологості відновника;

- Оперативних даних про технологічний ход печі.

Для кращого перемішування  шихтових матеріалів  першими в  дозировочную візок завантажують коксовий горішок, деревну тріску, вугілля  кам'яне, потім кварцит і сталеву стружку. Найбільш повне змішання шихтових матеріалів відбувається при поділі навішування кварциту на дві рівні частини відновником (коксівним горішком або вугіллям кам'яним). У першу чергу на ваговій дозатор подають легкі компоненти (відновник), потім важкі (кварцит). Для забезпечення точного (правильного) зважування компонентів шихти вагові дозатори повинні перевірятися контрольним вантажем щозмінно протягом першої години роботи, а також у разі проведеного дозатора ремонту і при розладі технологічного ходу печі. Результати перевірки справності зважувальних пристроїв фіксуються у відповідному журналі за підписом плавильника старшого розряду.

На печах, обладнаних труботечкамі для завантаження шихти, пічні бункера («кишені») повинні бути завжди заповнені  з дозованою шихтою не менше ніж на половину обсягу.

Завантаження шихти виробляють рівномірно, невеликими порціями в  ті місця, де шихта осіла, з таким розрахунком, щоб рівень колошника залишався постійним. При введенні до складу відновника вугілля кам'яного основна маса шихти завантажується в піч труботечками. Завантаження шихти завалочної машиною зводиться до мінімуму при збільшенні частоти обробки колошника машиною DDS.

Рівень колошника підтримується  на 300-500 мм вище, ніж при використанні рядової шихти (без вугілля кам'яного). Рівень колошника, що забезпечує нормальну роботу печі, залежить від її геометричних і електричних параметрів, від марки виплавленого на ній сплаву і встановлюється дослідним шляхом для кожної печі.

 

5. Вибір та обгрунтування оптимального способу виробництва

Для виробництва феросиліцію  будують круглі феросплавні печі з обертовою ванною печі, останнім часом закриті печі потужністю 16,5-39 і навіть 75 МВА. При виробництві феросиліцію феросплавні печі працюють на самообпалювальних і рідше на вугільних електродах.

Самообпалювальний електрод являє собою заповнений електродною  масою кожух із сталевого листа  товщиною 1-3 мм з поздовжніми ребрами  всередині. Кожух виготовляють окремими секціями довжиною 1,4 - 1,8 м, які згодом зварюють один з одним. В основному застосовують круглі електроди діаметром 900-2000 мм. Кожух, який слугує прес-формою для електродної маси охороняє електрод від окислення повітрям, полегшує проходження струму від електродотримача до обпаленої частини електрода.

Допустима щільність струму у самообпалювальних електродах становить 5-5,5 А/мм (менше значення відноситься  до малих електродів).

Електродотримач (рис. 5) призначений для підведення струму до електрода, утримання електрода і його переміщення по вертикалі. Електродотримач складається з несучого циліндра 5, контактних щік 4 і натискного кільця 8. Контактні щоки служать для підведення робочого струму до електрода, їх роблять з високо теплопровідної міді або її сплавів і для забезпечення водяного охолодження - порожніми або залитими всередині трубками, за допомогою мідної трубки до щоки підводять струм і воду.

 

Рис. 4. Закрита рудо-відновна піч:

1-механізм обертання ванни; 2-залізобетонна плита; 3-футеровка; 4-кожух; 5-кільцевий жолоб; 6-склепіння; 7-завантажувальна коробка; 8-трансформатор; 9-коротка мережа; 10-несучий циліндр; 11-механізм переміщення електрода; 12-механізм перепуску електрода; 13-контактні щоки; 14-газохід; 15-льотка; 16-зубчастий вінець.

Рис. 5. Самообпалювальний електрод та електродотримач:

1 - кожух електрода, 2 - електродна  масса, 3 - нажимний пристрій, 4 - контактна щока, 5 - несучий циліндр, 6 - ребра, 7 - трубка підводу струму і води; 8 - нажимне кільце, 9 - склепіння печі; 10 - шихта.

 

Робоча напруга становить  зазвичай 150-210 В (тут і далі, де особливо не обмовляється, мається на увазі лінійна напруга) при силі струму порядку 35000-70000А і при відношенні сили струму до робочої напруги, що становить зазвичай близько 300.

Розрахунок шихти для  виробництва феросиліцію ведуть з умови розподілу окислів  в процесі плавки, і при цьому  допускається, що сірка і фосфор з стружки переходять в сплав, а сірка коксика випаровується.

Виробництво феросиліцію  ведуть безперервним процесом. Нормальний хід технологічного процесу характеризується:

• рівномірним газовиділенням по всій поверхні колошника;

• відсутністю потемнілих спечених ділянок та місцевих сильних виділень газу - «свищів»;

• рівномірним сходом шихти біля електродів і в трикутнику між ними;

• стійкою глибокою посадкою електродів в шихті (відстань від торця електрода до подини печі повинно складати 500-700 мм);

• регулярним виходом при кожному випуску сплаву невеликої кількості шлаку;

• стійким навантаженням на електродах і рівномірною переробкою завантажуваної шихти при нормальній питомій витраті електроенергії.

Мінімальні втрати тепла  і виліт кремнію з печі при  максимально великій кількості проплавляємої шихти досягаються при досить глибокій (1300-1700 мм) і стійкій посадці електродів і рівномірному виділення газів по всій поверхні колошника.

Рис. 6. Робочий простір феросплавної печі для виплавки феросиліцію

 

При виробництві феросиліцію  глибину занурення електродів в  шихту регулюють зміною електричного опору печі або, що більш бажано, зміною робочої напруги. Для зміни електричного опору печі, в якій виробляють сплави кремнію, збільшують або зменшують провідність шихтових матеріалів, змінюючи склад шихтової суміші або розміри шматків шихти. Збільшення в шихтовій суміші кількості вуглецевого відновника або збільшення його крупності збільшують провідність шихти. Заміна частини рядового коксика ангарським напівкоксом з підвищеним електроопору, деревним вугіллям або добавка деревних відходів знижують її провідність, процес плавки відбувається головним чином біля електродів, де в цій найбільш гарячій зоні печі під кожним електродом утворюються своєрідні газові порожнини - тиглі, в яких і протікають реакції відновлення кремнезему. При гарячому ході печі нижні частини тиглів з'єднуються, утворюючи загальний тигель.

Нижня частина тигля являє  собою газову порожнину. Відстань між  торцем електрода і поверхнею  розплаву зазвичай становить близько 200 мм. Температура газів, що утворюються внизу, біля дуг, висока, і ці гази, проходячи через вище розміщені шари шихти, нагрівають їх.

Проходження гарячого газу через більш холодну шихту  веде до конденсації пари кремнію. При  виробництві феросиліцію для  забезпечення рівномірного розподілу  по колошнику з печі газів що відходять, запобігання спікання колошника і зниження втрат кремнію в виліт необхідно обертати ванну печі, а при роботі на високопроцентних сплавах і «прошивати» шихту. Завалку шихти необхідно проводити безперервно або можливо часто невеликими порціями в першу чергу близько до електродів. Завантаження зайвої шихти неприпустиме, тому що збільшення стовпа матеріалів веде до зміщення плавильної зони вгору і порушення теплового режиму в зоні реакції. Недовантаження печі шихтою призводить до збільшення втрат тепла з димовими газами і втрат кремнію в виліт.

У вітчизняній практиці найбільш широке розповсюдження отримало металеве десятисекційне склепіння (рис. 7), яке знизу футерують вогнетривким бетоном, а зверху шамотною цеглою. Секції збирають в склепінному кільці і підвішують до девяти кронштейнів, що спираються на робочу площадку. Кільце і кронштейни також охолоджуються водою. Окремі секції склепіння один від одного і склепіння в цілому ізолюють.

Рис. 7. Металеве секційне охолоджуване склепіння феросплавної печі:

1 - взривний клапан, 2 - кільце  склепіння, 3 - газозбірний клапан, 4 - периферійна секція, 5 - центральна секція.

 

У склепінні є три отвори для електродів, в які вставляють завантажувальні воронки, які з  трьох секцій, виконаних з вогнетривкого  бетону, з мідним водо охолоджуваним  змійовиком. Крім того, у склепінні  передбачають ще два отвори для установки газовідводів до газоочистки і сім отворів для установки вибухових клапанів. Газопровід відбору газу приєднують до склепіння за допомогою водо охолоджуваної склянки; в середині газовідводу розміщують форсунки для змиву пилу.

Для завантаження шихти у  відкриті феросплавні печі на вітчизняних  заводах застосовують завалочні  машини. При переході до печей великої  потужності з обертовою ванною, мабуть, буде доцільно здійснювати завалку  по трубах, проведеним з пічних кишень. Цей метод завалки стає єдино можливим при переході до закритих печей.

 

                        

 

Рис. 8. Способи завантаження шихти у феросплавні печі за допомогою воронки (а), і через отвір у склепінні (б).