Расчет и описание технологии выплавки ФС75

 

У разі порушення шихтовки печі або неправильного ведення  технологічного процесу можливо  розлад ходу печі.

Недолік відновника призводить до:

• закварцьовування печі веде до нестійкої посадки електродів і коливань навантаження;

• тиглі звужуються;

• відбувається сильне спікання шихти;

• на колошнику спостерігаються часті «свищі»;

• льотка сильно газить;

• шлак стає густим;

• робочі кінці електродів сильно потоншуються і швидко коротшають.

Температура в печі на глибині 500-600 мм від поверхні колошника піднімається в цьому випадку до 1800-2000 °С, що призводить до посиленого випаровування і втрат в виліт не тільки монооксиду кремнію, а й відновленого кремнію. При тривалій роботі печі з недоліком відновника спостерігається розлад роботи льотки - припиняється вихід шлаку, льотка ледве закривається або взагалі не закривається, спостерігається просочування сплаву в будь-якому місці арки і навіть прорив футеровки печі сплавом. Це відбувається внаслідок розм'якшення гарнісажу у передньої стінки через руйнування карбідів кислим шлаком.

При надлишку відновника, при  якому посадка електрода стає високою, з-під електродів починають  бити «свищі», тиглі звужуються, стає чутна робота дуг, шихта круто  обвалюється біля електродів, з печі припиняється вихід шлаку, внаслідок  зниження температури кількість  сплаву зменшується і випуск його ускладнюється. Навантаження на електродах при цьому буває спокійною. Тривала робота з надлишком відновника на печі, в якій виплавляють кристалічний кремній, дуже небезпечна, оскільки призводить до заростання ванни карбідом кремнію і до аварійної зупинки печі для чищення ванни.

Робота на коротких електродах як за зовнішніми ознаками, так і  за результатами подібна роботі з надлишком відновника.

Робота з надмірно довгими  електродами при високій посадці  їх веде до збільшення втрат електроенергії в самих електродах, а при глибокій посадці електродів часто призводить до того, що вони сідають в шлак, втрачається дуговий режим роботи печі і марно витрачається електроенергія.

Виробництво феросиліцію  і кремнію в печах з обертовою  ванною має ряд технологічних  особливостей. У цьому випадку  обсяг газової порожнини під  електродами зменшується в 3-4 рази в порівнянні з обсягом при  роботі з нерухомою ванною. Газова порожнина формується в основному з набігаючого боку електрода, а зі збігаючого боку або зовсім відсутня, або розвивається дуже слабо.

Спечені ділянки практично  відсутні, що забезпечує збільшення активної зони більш ніж в два рази. Приблизно 65% шихти треба завалювати з набігаючого боку електрода.

Слід, однак, мати на увазі, що надмірна швидкість обертання ванни  призводить до рясного виходу колошникових газів з більш високою температурою і з підвищеним вмістом SiO₂.

Нормальний хід закритої печі характеризується рівномірним  утворенням навколо електродів невисокого і неяскравого полум'я і рівномірним сходом пухкої шихти у всіх воронках і навколо кожного електрода, стійкої глибокої (1500-1700 мм) посадкою електродів в шихті, повним електричним навантаженням, регулярним виходом шлаку при кожному випуску .

Тиск під склепінням печі має становити 0-4,9 Па (0-0,5 мм вод. ст.). Температура газу під склепінням 500-600 і в газоході 200 °С. Кількість газів, що відходять (на печі 21 МВА) близько 2200 м³ / год. Вміст у газі Н₂ не повинно бути вище 8%, вміст СО в тракті чистого газу має складати 80-90% і вміст О₂ в чистому газі повинно бути менше 0,9%.

Нормальний хід печі характеризується також виходом графітового пилу, рясний вихід шлаку при відсутності графітового пилу служить ознакою підкварцювання печі. Найбільш часто зустрічаються ненормальності в роботі печі пов'язані з забиванням тракту газоходу і підсклепінного простору пилом внаслідок роботи з недоліком відновлювана або на коротких електродах, підсосом повітря під звід або ж з порушеннями в подачі води на зрошення газоходу. Зависання шихти в воронках може привести до розкриття колошника, прогару склепіння та воронок і до інших шкідливих наслідків.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Апаратурно-технологічна схема виробництва феросиліцію

Рис. 9. Апаратурно-технологічна схема виробництва феросиліцію:

1-стрічковий транспортер; 2-засіки; 3-грейферний кран; 4-залізничний  вагон; 5-барабан для розсіву стружки; 6-бункер; 7-конусна дробарка; 8-пластинчатий  живильник; 9-мийний барабан; 10-обезвожуючи  сита; 11-відсіви; 12-сито подвійне; 13-дробарка коксу; 14-елеватор; 15-дозуючі бункера; 16-дозатор; 17-пічні бункера; 18-завалочна машина; 19-труботік; 20-відкрита рудо-відновна піч; 21, 24-ковш для сплаву; 22-візок; 23-закрита рудо-відновна піч; 25-машина для розливу сплаву; 26-виливниці; 27-короб; 28-бак для грануляції сплаву; 29-газоочистка.

 

 

 

 

 

7. Розрахунок шихтових матеріалів з матеріальним балансом плавки

          Розрахунок ведемо на 100 кг кварциту. Склад вихідних матеріалів наведено в табл. 1.

           Припускаємо, що сірка і фосфор  з стружки переходять в сплав,  а сірка коксика улетучівається. Приймаємо наступний розподіл окислів в процесі плавки:

	Окисли
	SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	P2O5	MgO	P
Відновлюється, %	98,0	99,0	50,0	40,0	100	0	100
Переходить в шлак, %	2,0	1,0	50,0	60,0	0	100	0

 

Таблиця 1-

Склад вихідних матеріалів

Найменування  матеріалу	Вміст, %
	SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MgO	P2O5	SO3	S	P
Кварцит митий	97,0	0,3	0,7	0,3	0,1	-	-	-	-
Зола коксика	48,7	20,0	24,0	5,0	1,0	0,3	1,0	0,03	0,03
Електродна маса	50,0	14,0	23,0	8,0	3,0	-	2,0	-	-

 

Таблиця 2-

Склад вихідних матеріалів

Найменування  матеріалу	Вміст, %
	Fe	Mn	Si	C	Зола	Волога	Летучі
Кварцит митий	-	-	-	-	-	1,6	-
Коксик сушений				85,0	10,0	1,0	4,0
Залізна стружка	90,0	0,4	0,3	0,24	-	5,0	4,0
Електродна маса	-	-	-	85,0	10,0	-	5,0

 

Приймається наступний розподіл відновлених елементів:

	Елемент, %
	Si	Fe	Al	Ca	P	S	SiO
Переходить в метал,%	100	95	85	85	50	-	-
Випаровується, %	5	15	15	50	100	100	-

 

1. Розрахунок відновника

          Потреба в вуглеці для відновлення  окислів кварциту розраховано  в табл. 2.

Таблиця 2-

Потреба в вуглеці  для відновлення окислів

Окисел	Із 100 кг кварциту відновиться, кг	При відновлюванні  виділиться кисню, кг
SiO2 →Si	97,0·0,91=88,27	(88,27·32)/60=47,07
SiO2 →SiO	97,0·0,07=6,79	(6,79·16)/60=1,81
Fe2O3 →Fe	0,3·0,99=0,30	(0,30·48)/160=0,089
Al2O3→ Al	0,7·0,50=0,35	(0,35·48)/102=0,165
CaO →Ca	0,3·0,40=0,12	(0,12·16)/56=0,034
Усього		49,168

 

      Для зв´язування 49,168 кг кисню в окис вуглецю необхідно вуглецю

      Частина вуглецю, внесеного коксиком, витрачається на відновлення окислів золи і коксика.

      Підрахунок кисню, що виділяється при відновленні золи киксика, наводиться в табл. 3.

Окисел	Із 100 кг коксу  відновиться, кг	При відновлюванні  виділиться кисню, кг
SiO2→ Si	10·0,487·0,91=4,432	(4,432·32)/60=2,364
SiO2 →SiO	10·0,487·0,07=0,341	(0,341·16)/60=0,091
Fe2O3 →Fe	10·0,20·0,99=1,980	(1,980·48)/160=0,594
Al2O3→ Al	10·0,24·0,5=1,200	(1,200·48)/102=0,565
CaO →Ca	10·0,05·0,4=0,200	(0,200·16)/56=0,057
P2O5→ P	10·0,003·1,0=0,03	(0,03·80)/142=0,017
SO3→ S	10·0,01·1,0=0,10	(0,10·48)/80=0,06
Усього		3,748

 

     Для відновлення цих окислів потрібно вуглецю

 кг

     З наявних 100 кг коксу 85 кг вуглецю буде витрачено:

• На відновлення окислів золи 2,81 кг;
• На відновлення окислів кварциту 85,0-2,81=82,19 кг або 0,8219%

     Для відновлення 100 кг кварциту потрібно 36,876 кг вуглецю, або

 кг

     Приймаємо, що на 8% коксика згорає на колошнику і витрачається на коксування сплаву. При цієї умови буде потрібно коксику

кг

     Вуглець електродів бере участь в реакціях відновлення. Витрата електродної маси на 1т кварциту (при плавці 75%-го феросиліцію) дорівнює 1,7 кг. Електродна маса містить золу, окисли якої також частково відновлюються.

Розрахунок кількості  кисню, що виділяється при відновленні  золи електродної маси, наведено в табл. 4.

Таблиця 4-

Кількість кисню, що виділяється при відновленні  золи електродної маси

Окисел	Із 100 кг електродної маси відновиться кисню, кг	При відновлюванні  виділиться кисню, кг
SiO2→ Si	1,7·0,1·0,5=0,077	(0,077·32)/60=0,041
SiO2 →SiO	1,7·0,1·0,5·0,07=0,006	(0,006·16)/60=0,002
Fe2O3 →Fe	1,7·0,1·0,14·0,99=0,024	(0,024·48)/160=0,007
Al2O3→ Al	1,7·0,1·0,23·0,50=0,02	(0,02·48)/102=0,009
CaO →Ca	1,7·0,1·0,08·0,4=0,005	(0,005·16)/56=0,001
SO3→ S	1,7·0,1·0,02·1,0=0,003	(0,003·48)/80=0,002
Усього		0,062

 

    Для зв´язування  0,062 кг кисню в окис вуглецю  потрібно вуглецю

 кг

    Електродна маса  вносить вуглецю

кг

     Приблизно  половина цього вуглецю витрачається  на відновлення оксидів, що  зменшує потребу в коксі на

кг

     Таким чином,  потреба в коксі на колошу, що містить 100 кг кварциту, дорівнює