Лекция № 15. Рудовосстановительные печи. Рафинировочные печи. Футеровка и огнеупоры. Оборудование печей. Технико-экономические показатели. Особенности расчетов.

В зависимости от осуществляемого технологического процесса электрические печи, предназначенные для производства ферросплавов, как указывалось ранее, разделяют на две основные группы: рудовосстановительные печи и печи для рафинировочных процессов.

Рудовосстановительные печи непрерывного действия; в них дуги все время закрыты слоем твердой шихты. В печах с закрытой дугой требуемый металл восстанавливается из руды и сплавляется с железом.

Мощность рудовосстановительных печей для производства ферросплавов в настоящее время превышает 48000 кВ·А.

Рафинировочные печи работают подобно сталеплавильным с проплавлением шихты. Плавка в них протекает частично с закрытой, частично с открытой дугой; процесс производства цикличный.

Различают однофазные и трехфазные рудовосстановительные печи. Однофазные печи с подводом тока к подине (печи Миге) в настоящее время не строятся.

В трехфазных печах электроды располагают в одну линию (в прямоугольных печах) или по вершинам равностороннего треугольника (в круглых печах). Более широко распространены круглые печи, однако в последние годы ХХ века вводились в производство прямоугольные печи мощностью 63000 кВ·А.

В практике ферросплавного производства в дальнем зарубежье сооружаются в основном закрытые рудовосстановительные печи. Основные преимущества новых конструкций следующие:

- закрытый колошник, то есть наличие свода, что облегчает обслуживание колошника и позволяет улавливать и эффективно очищать газы;

- наличие механизма вращения печи;

- применение гидравлического механизма подъема и перепуска электродов, позволяющих полностью механизировать и автоматизировать операции по перепуску электродов;

- наличие гидравлического (сильфонного) прижима контактных щек к электроду, что позволяет дистанционно изменять усилие пружин;

- применение загрузочных воронок для подачи шихты в печь.

На заводах ферросплавов СССР до 1960 года сооружали печи с неподвижными ваннами. Печь с неподвижной ванной состоит из фундамента, кожуха ванны, футеровки, электрододержателей с механизмами перемещения и перепуска электродов и системой охлаждения и обдува электродов, короткой сети, трансформатора, зонта и системы вытяжки газов, устройства для прижигания летки.

Открытая печь с вращающейся ванной отличается от печей с неподвижной ванной наличием устройства для вращения. Ванну печи устанавливают, как и ванну неподвижной печи, на балки. Балки укладывают на железобетонную плиту, которая вращается вместе с ванной на опорных катках механизма вращения.

Опыт эксплуатации показывает, что производительность печи при вращении ванны увеличивается на 3…6% и удельный расход электроэнергии снижается на 4…5%.

На рис. 15.1. показана конструкция закрытой рудовосстановительной печи (типа РКЗ – 16,5). Печь работает с тремя набивными самоспекающимися электродами, расположенными по вершинам равностороннего треугольника.

Предназначена она для выплавки ферросплавов, получаемых бесшлаковым процессом. Питание печи осуществляется от трех однофазных трансформаторов мощностью по 5500 кВ·А.

Кожух печи днищем через двутавровые балки опирается на железо-бетонную плиту; плита опирается на ходовые колеса, перемещающиеся по круговому обработанному рельсу, заложенному в фундамент. Вращение печи осуществляется от двигателя постоянного тока мощностью 1,5 кВт через два редуктора и коническую передачу. Общее передаточное число обеспечивает вращение печи с частотой 1 оборот за 33 часа; схема управления двигателем позволяет плавно снижать частоту вращения печи до 1 оборота за 132 ч. Вращение печи реверсивное в секторе 130⁰.

Свод выполнен водоохлаждаемым из шести металлических секций – плоских кессонов с тонким слоем жаропрочного бетона со стороны колошника печи.

На поверхности свода имеются отверстия для установки загрузочных воронок, через которые также проходят электроды, взрывных клапанов, патрубков для подачи в подсводовое пространство пара или нейтрального газа, приборов для замера давления и устройств для подсоединения газоотводов.

Механизм подъема свода включают в случае аварии печи. Он состоит из трех гидроцилиндров, укрепленных на перекрытии цеха с отметкой + 15,6 м.

Электрододержатель состоит из восьми контактных щек; прижатие щек к нему осуществляется дистанционно гидравлическими сильфонами, которые помещены в водоохлаждаемые кольца, а трубы, подающие масло к сильфонам, − в водоохлаждаемые трубы. Для создания давления 500 Н/см² (50 ат) на сливной магистрали предусмотрен предохранительный клапан, выполняющий роль подпорного.

Щеки, кольцо с сильфонами и защитные щитки подвешены к верхнему кольцу электрододержателя. Вода к контактным щекам подается по токоведущим трубам токопровода, которые закреплены в подвижных башмаках токоподвода.

Каждый гидроподъемник для перемещения электродов по вертикали состоит из трех плунжеров, траверсы и уплотнения.

Перепускное устройство электродов состоит из нижнего и верхнего зажимных колец, вертикальных гидравлических цилиндров, амортизационных пружин и щек.

Распределительными клапанами гидравлических цилиндров механизма перемещения электродов управляют с пульта управления или при помощи автоматического регулятора мощности с регулировкой по току или вручную. Предельный ход электродов вверх или вниз ограничивается конечными выключателями, смонтированными на механизм перемещения электродов.

Над печью установлен вытяжной зонт. Для удаления газов, выделяющихся из печи при разливке металла, служит вытяжной короб в районе разливки.

Печи для рафинировочных процессов. Печи, предназначенные для выплавки рафинированного феррохрома и ферромарганца, металлического марганца и аналогичных сплавов, по своему устройству ближе к сталеплавильным печам, на базе которых их конструируют.

Эти печи должны быть выполнены с наклоняющейся и вращающейся ванной, жесткой системой электрододержателей, в отдельных случаях с высокими боковыми стенами с рабочими окнами и сводовой площадкой.

Рафинировочные трехфазные печи работают периодически с проплавлением шихты и раздельным или совместным выпуском сплава и шлака.

На рис. 15.2. показана электропечь, предназначенная для выплавки рафинированного феррохрома. Электропечь представляет собой конструкцию с вращающейся ванной и тремя графитированными электродами, расположенными по вершинам равностороннего треугольника.

Ванна электропечи с открытым колошником наклоняется в сторону слива металла на 40⁰ и в сторону рабочей площадки на 18⁰. Шихту в электропечь подают загрузочными трубами.

Цилиндрический кожух выполнен сварными или из листовой стали и усилен вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости; днище кожуха выполнено в виде усеченного конуса. К днищу кожуха приварен опорный стальной брус, размещенный на опорных роликах механизма вращения.

В кожухе электропечи предусмотрены один проем для установки летки и место для установки дополнительной летки. Летка служит для выпуска металла и шлака.

Кожух печи футеруют магнезитовым и шамотным кирпичом. Между кожухом и футеровкой выкладывают компенсационный слой из шамотной крупки и листового асбеста, воспринимающий усилия от расширения кладки электропечи при ее разогреве. Футеровку подины выполняют из магнезитовой набивки, магнезитового кирпича, шамотного и пеношамотного кирпича, засыпки, листового асбеста. Арку летки выполняют из огнеупорного бетона.

Механизм наклона электропечи состоит из двухсекторной люльки, опорных балок и двух гидравлических цилиндров двойного действия.

При наклоне люлька перекатывается по опорным балкам с шипами: в секторах люльки сделаны отверстия, в которые входят шипы при наклоне электропечи. На секторах монтируют механизм вращения ванны электропечи, который состоит из четырех опорных тумб с горизонтальными и вертикальными роликами, электромеханического привода и цевочной рейки (по аналогии с механизмом вращения сталеплавильной печи).

Ванна электропечи совершает реверсивное вращение на 180⁰; управление реверсом вручную.

В печи принята жесткая система крепления и перемещения электродов; в шахте по вертикали телескопически перемещаются колонки с электродами. Прямоугольную сварную металлическую шахту устанавливают на фундаменте со стороны трансформаторного помещения. В шахте размещают колонки механизмов перемещения электродов и противовесы; каждую колонку уравновешивают два противовеса с двумя отдельными канатами. Снаружи на шахте установлены механизмы перемещения электродов. Привод механизмов осуществляется от фланцевого электродвигателя постоянного тока, соединенного с двухступенчатым червячным редуктором, на котором установлена шестерня, входящая в зацепление с рейкой.

Телескопические стойки перемещаются в направляющих роликах, положение которых регулируют эксцентриками.

Зажим и перепуск электродов осуществляют дистанционно пружинно-пневматическим механизмом. Электрододержатель литой, выполненный из бронзы. Ток по гибкому токопроводу подводится жесткими пакетами медных шин (короткая сеть).

Система водоохлаждения служит для охлаждения электрододержателей, токоведущих труб и рукавов электрододержателей.

Машина для разливки ферросплавов. Общий вид разливочной машины для разливки кремнистых и марганцовистых сплавов показан на рис. 15.3. Машина представляет собой цепной конвейер, к звеньям которого прикреплены изложницы. Основными частями машины является цепь конвейера с роликоопорами, приводная и натяжная станции, кантовальное устройство, опрыскиватель, покрывающий внутреннюю поверхность изложниц известковым раствором, устройство для охлаждения, ударный механизм для выбивания слитков из изложниц, устройство для отсоса газов. Машину монтируют на сварной раме. Кантовальное устройство машины находится в плавильном отделении. Остывшие слитки по цепи конвейера передаются в отделение готовой продукции. Выбитые из изложниц слитки по специальному желобу скатываются в бункер, установленный под желобом.

Перед разливкой ковш, заполненный жидким сплавом, краном подают на площадку кантовального устройства. Цапфы ковша располагают в гнездах двух траверс. Траверсы соединены со штоками поршней, перемещающихся в гидравлических цилиндрах. Цилиндры своим основанием закреплены шарнирно на стойке. В кантовальном устройстве применяют два цилиндра. При разливке по мере опрокидывания ковша сплав заполняет изложницы. Покрывающая внутреннюю поверхность изложниц известь предохраняет слитки от приставания к стенкам изложниц. Конвейерная цепь состоит из наклонного и горизонтального участков.

Максимальная скорость движения конвейера составляет 50 м/мин. Разливку можно вести также со скоростью 2,5; 1,87 и 1,25 м/мин. Для изменения скорости движения ленты и приводной станции установлен четырехскоростной двигатель, изменением подключения обмоток которого изменяют скорость вращения.

Мощность двигателя приводной станции составляет 8; 11; 14; 18 кВт при частоте вращения 480; 720; 900 и 1460 об/мин; мощность двигателя опрыскивателя 10; 12; 14 кВт при 720; 970 и 1450 об/мин.

Рис. 15.3. Машина для разливки ферросплавов: 1 – траверсы; 2 – роликоопоры; 3 – цепь конвейера; 4, 5 – сварная рама; 6 – устройство для охлаждения; 7 – опрыскиватель; 8 – уст-ройство для отсоса газов; 9 – приводная станция; 10 – ударный механизм; 11 – специальный желоб; 12 – натяжная станция; 13 – стойка; 14 – шарнир; 15 – гидравлические цилиндры; 16 - ковш