Глава III
Ферросплавные печи
§ 1. Ферросплавные печи как разновидность рудовосстановительных печей
Общие сведения
В металлургии для нагрева рудных материалов применяют руднотермические печи. В классификации электропечей (см. рис. 1) они занимают промежуточное положение между дуговыми печами и печами сопротивления, ибо нагрев может происходить как за счет дугового разряда между электродом и нагреваемым материалом, так и в результате тепловыделения по закону Джоуля – Ленца при протекании тока через шихту, расплав или шлак. В зависимости от технологического процесса обработки рудных материалов различают рудоплавильные (например, шлакоплавильные печи) и рудовосстановительные (например, ФСП) руднотермические печи (рис. 57).
Рис. 57. Схемы ферросплавных печей: а – рафинировочная круглая открытая типа РКО; б – рудовосстановительная круглая закрытая типа РКЗ; в – рудовосстановительная прямоугольная закрытая типа РПЗ; 1 – электроды; 2 – свод; 3 – ванна; 4 – механизм наклона; 5 – сливной желоб («лётка»); 6 – механизм вращения; 7 – электрододержатель;8 – механизм передвижения электродов; Ш – система шихтоподачи
Энергоемкость технологического процесса в зависимости от типа восстановителя (углерод, кремний или алюминий) определяет тепловую и электрическую мощность ФСП. ФСП мощностью 10…100 MB·А предназначены для эндотермического карботермического восстановления оксидов кремния, марганца и хрома. Эти печи, как правило, непрерывного действия. Электроды погружены в шихту, уровень которой в ванне ФСП поддерживают постоянным, непрерывно подавая шихтовые материалы. Электрический режим работы – «закрытая» дуга.
Менее мощные (2,5...4,5 MB·А) ФСП применяют для силико- или алюминотермического получения рафинированных сортов ферромарганца, феррохрома и других ферросплавов. Такие рафинировочные ФСП работают периодически, с полным проплавлением шихты, в режиме «открытая дуга» подобно ДСП (см. рис. 57, а).
При многошлаковых технологических процессах (шлакоплавильные печи, выплавка углеродистого ферромарганца и др.) печи работают практически в режиме сопротивления.
В качестве геометрического параметра рабочего пространства ФСП принимают диаметр электрода Dэд. Все остальные геометрические размеры ванны (рис. 58) выражают через Dэд (табл. 15).
Рис. 58. Основные размеры круглой (а) и прямоугольной (б) ванны ФСП
Таблица 15
Значения линейных параметров для различных фсп
Относительное значение параметра (симплекс) |
Обозначение на рис. 58 |
Круглая ванна |
Прямоугольная ванна |
||
Бесшлаковый процесс |
Шлаковый процесс |
Бесшлаковый процесс |
Шлаковый процесс |
||
Расстояние между электродами Диаметр (длина) ванны Глубина ванны Высота угольной футеровки Заглубление электрода в шихту |
p
Dвн (lвн) hвн
h
hэд |
2,15…2,85
5,10…5,20 1,80…2,00
0,65…0,70
1,10…1,20 |
2,24…3,02
5,60…5,80 2,00…2,50
0,95…1,10
0,85…1,25 |
2,25…2,85
6,80…7,00 1,80…2,00
0,65…0,70
1,10…1,20 |
2,70…4,00
8,24…8,80 2,00…2,50
0,95…1,10
0,85…1,25 |
Электрическими параметрами ФСП считают номинальное значение полной мощности Sном, полезное фазное напряжение Uпол и силу тока в электроде Iэд. Параметр Uпол позволяет для известных значений электрического КПД ηэ и коэффициента мощности cos φ данной электрической схемы соединения электродов в ванне рассчитать вторичное напряжение электропечного трансформатора. Параметр Iэд связан с геометрическим параметром Dэд через допустимую для данного технологического процесса плотность тока Jдоп (табл. 16):
Iэд = Jдоп πD2эд/4 ≈ 0,785 Jдоп D2эд. (117)
Таблица 16
Некоторые эксплуатационные показатели «образцовых» фсп
Сплав |
Wу, МВт·ч/т |
Средние значения коэффициентов |
Для формулы (123) |
Jдоп, А/см2
|
||
сos φ* |
ηэ** |
n |
с |
|||
Ферросилиций: ФС45 ФС65 ФС75 Ферросиликохром Феррохром: углеродистый безуглеродистый Силикомарганец |
4,4…4,7 6,9…7,4 8,3…8,9 4,5
3,1…3,3 2,3...2,8 4,1…4,7 |
0,84 0,80…0,91 0,84 0,82
0,87 – 0,80 |
0,90…0,93 0,89…0,90 0,96 0,90
0,87 – 0,91…0,94 |
0,33 0,33 0,33 0,33
0,25 0,25 0,25 |
5,1…5,2 5,5 5,4 5,2
7,7 16 9,6 |
4,9…6,0 5,1…5,5 5,5…5,6 7,0
6,7 – 5,5…5,6 |
Окончание табл. 16
Сплав |
Wу, МВт·ч/т |
Средние значения коэффициентов |
Для формулы (123) |
Jдоп, А/см2 |
||
сos φ* |
ηэ** |
n |
с |
|||
Ферромарганец углеродистый Силикокальций Ферровольфрам |
2,7…3,1 11…13 3,5…4,1 |
– – – |
– – – |
0,25 0,25 0,25 |
7,8 7,1 8,0 |
4,7 12 – |
_________
* Меньшие значения для более мощных ФСП (без компенсации реактивной мощности).
** Меньшие значения для менее мощных ФСП.