43.Классификация металлургических печей

Печи цветной металлургии классифицируются:

1. По технологическому назначению:

– сушильные (высушивание исходного материала);

- обжиговые;

- плавильные(расплавление исходного материала);

- рафинировочные(для очищения исходного материала от примесей);

- литейные(емкости в которых поддерживается температура);

- нагревательные(нагрев металла);

- термические(для термообработки металла).

2. По источнику тепла:

- печи, работающие на углеродистом топливе (доменный, коксовый газы);

- печи, работающие за счет тепла экзотермических реакций, происходящих в материале;

- электрические печи.

3. По способу передачи теплоты:

-печи, в которых тепло выделяется в массе материала (печи – теплогенераторы);

- печи, в которых тепловыделение происходит раздельно от материала и передается ему теплообменом (печи – теплообменники);

- печи с изолированным тепловыделением (колпаковые, муфельные, ретортные с радиантными трубами).

4. По форме рабочего пространства:

- с вертикальным расположением рабочего пространства (шахматные печи);

- с горизонтальным расположением рабочего пространства (проходные,туннельные печи);

- круглые в сечении;

- прямоугольные в сечении;

- цилиндрические в сечении.

5. По режиму работы:

- рекуперативные;

- регенеративные;

- с котлами утилизаторами;

- с подогревом шихты;

КОНСТРУКЦИИ ФЕРРОСПЛАВНЫХ ПЕЧЕЙ

В промышленности используются ферросплавные печи однофазные и трехфазные; ведутся работы по использованию печей, работающих на токе пониженной частоты и на постоянном. Однофазные печи в настоящее время имеют ограниченное применение. Трехфазные печи строят или с расположением электродов в одну линию (прямоугольные печи) или в большинстве случаев с расположением электродов по вершинам треугольника (круглые или треугольные печи).

Печи большой мощности изготавливают и с шестью электродами.

Наиболее широко распространены в ферросплавной промышленности круглые трехфазные печи. В круглой пе­чи, электроды которой расположены по треугольнику, тепло концентрируется достаточно хорошо для того, чтобы образующиеся под каждым электродом плавильные тигли соединялись между собой. Такие печи имеют минимальную теплоотдающую поверхность и обеспечивают лучшее использование тепла. При хорошей конструкции короткой сети и наличии установок искусственной компенсации реактивной мощности такие печи могут иметь высокий коэффициент мощности, превышающий 0,95, даже для печей мощностью 40—100МВ-А.

Прямоугольные трехэлектродные печи имеют сравнительно низкий печной установки, для них характерно появление «дикой» и «мертвой» фаз, поэтому в настоящее время такие печи для производства ферросплавов не строят. Прямоугольные шестиэлектродные печи с тремя одно фазными трансформаторами (рис. 1), представляющие собой По-существу три однофазных печи с общей ванной, и значительной степени свободны от этих недостатков и имеют ряд достоинств, в частности при их использовании облегчается загрузка шихты, легче регулируется расстояние между электродами в зависимости от электрического сопротивления применяемой шихты. Такие печи отечественной конструкции мощностью 63 MB-А успешно эксплуатируются при производстве сплавов марганца.

Шихтовые материалы, особенно при производстве кремнистых сплавов, попадая в зону высоких температур, начинают оплавляться и спекаться, что резко ухудшает газопроницаемость шихты. Для восстановления нормального положения приходится прокалывать шихту жердями, металлическими прутьями и т. п. Для устранения этих явлений были предложены печи с вращающейся ванной, имеющие следующие достоинства:

1. Улучшение хода восстановительного процесса, так как обеспечиваются хорошая газопроницаемость шихты, разрушение настылей на колошнике и перегородок в подсводовом пространстве.

2. Удлинение срока службы футеровки печи.

3. Облегчение разрушения карборунда и шлакового «козла» по всей площади ванны, что обеспечивает удлинение кампании печи, особенно при производстве кристаллического кремния и углетермического силикокальция.

В рафинировочных печах вращение ванны в ряде случаев также целесообразно: например, обеспечивается рав­номерное вычерпывание сплава при производстве ферровольфрама, а при производстве рафинированного феррохрома и силикотермического силикокальция повышается стойкость футеровки и равномерно распределяется шихта по колошнику печи. Отечественный опыт показывает, что вращение ванны печи позволяет повысить ее производительность на 3—6 % и снизить удельный расход электроэнергии на 4—5 % при одновременной значительной экономии сырых материалов.

Для улучшения показателей процесса, защиты воздушного бассейна, утилизации газов, имеющих теплоту сгорания — 10,9 МДж/м3, и улучшения условий труда и службы оборудования в производстве ферросплавов широко применяют закрытые печи. Эти печи (рис.2) в основных деталях аналогичны открытым печам, но дополнительно имеется свод. В таких печах ~15 % газа из подсводового пространства проходит через шихту, находящуюся в загрузочных воронках, и сгорает над ней. Загрузка шихты осуществляется при помощи загрузочных труб и воронок в кольцевые отверстия между электродами и загрузочными воронками. Для сокращения длины электрода и, полной герметизации подсводового простран­ства печи все шире используют герметизированные электропечи, у которых электрододержатель помещен в подсводовое пространство, имеется уплотнение вокруг электродов и загрузочных труботечек, которые подают шихту под свод печи. В последнее время начата эксплуатация рудовосстановительных электропечей с парогенераторами и дожиганием газа под сводом печи, который в этом случае выполняет роль па­роперегревателя (рис.3). Газ очищают в рукавных фильтрах, степень очистки составляет 98%.

Ферросплавная печь питается от двойной системы распределительных шин понизительной подстанции через высоковольтные разъединители, сблокированные таким образом, что питание может происходить одновременно только от одной системы шин. Для очень мощных ферросплавных печей применяют глубокий ввод тока высокого напряжения, минуя понизительную подстанцию, непосредственно на печные трансформаторы, преобразующие его на рабочее напряжение.

Для каждого технологического процесса и каждой ферросплавной печи, являющейся мощным и энергоемким потребителем электроэнергии, существует оптимальный электрический режим, определяемый таким соотношением между основными электрическими характеристиками печи (мощностью, силой тока и напряжением),когда достигается наиболее высокая производительность ферросплавных печей при минимальном расходе электроэнергии на тонну выплавляемого ферросплава. Определение оптимального режима является важнейшей задачей производственного персонала.

При непрерывных процессах ферросплавная печь все время находится под током и работает по относительно постоянному электрическому режиму, в то время как шлаковые процессы характеризуются менее спокойным режимом. Для процессов, протекающих с проплавлением ванны ферросплавной печи, характерна различная нагрузка в разные периоды плавки и неспокойный электрический режим работы печи.

Картина распределения тока в ферросплавной печи зависит от характера процесса.

При непрерывных бесшлаковых процессах под каждым электродом образуется газовая полость, стенками которой являются раскаленная шихта, днищем — расплав, сводом — электрод печи. Электрический ток образует дуговой разряд между электродом и стенками полости и расплавом. Некоторое количество тока шунтируется между электродами через шихту и при этом мощность, выделяемая током в газовых полостях, является главной составляющей полезной мощности печи. Разогрев шихты вне зоны реакции нерентабелен, и поэтому всегда стремятся работать с «холодным колошником», т. е. уменьшать до минимума выделение тепла на колошнике ферросплавной печи.

На печах, работающих с проплавлением шихты на шлаковых процессах, практически вся мощность выделяется в дугах и при прохождении тока через шлак и сплав от одного к другому. Тепло, выделяющееся и в шлаке, и в сплаве, является полезным теплом, так как для нормального протекания процесса требуется надлежащий прогрев как сплава, так и шлака. В отдельных случаях при шлаковых процессах печи могут работать в бездуговом режиме, и тогда вся мощность будет выделяться в расплаве.

Рабочее напряжение, подводимое к печи, должно быть достаточным для развития требуемой мощности и обеспечения надлежащего дугового режима. В связи с различием тепловых условий, в которых находятся дуги, напряжение, требуемое для их образования, различно. Закрытая дуга бесшлакового процесса требует для своего поддержания меньшего напряжения, чем дуга, горящая на поверхности шлака и открытая со всех сторон. Напряжение, пониженное против оптимального, приводит к потере дугового режима и росту потерь мощности в электрической цепи (т. е. в трансформаторе, сети, электродах и контактах), пропорциональной квадрату падения напряжения.

При чрезмерном повышении напряжения увеличивается длина дуг и растут потери тепла на колошнике и улет восстановленных элементов, особенно кремния, марганца, кальция. Температура на подине печи из-за высокой посадки электродов снижается, что затрудняет выпуск сплава и шлака и приводит к серьезным затруднениям в работе летки.

Общепринятой методики выбора электрических параметров ферросплавной печи не разработано и их выбирают, исходя из принципа подобия параметрам, характерным для хорошо работающих печей.

Так как в одной и той же ферросплавной печи приходится выплавлять различные сплавы и не всегда можно обеспечить стабильное сопротивление шихты и расплава, то печной трансформатор надо выбирать с большим числом ступеней напряжения. Это позволяет подбирать и поддерживать оптимальный электрический режим плавки для конкретных условий ее ведения. Коэффициент мощности cos(p) печной установки, определяемый отношением активной мощности установки к полной, с повышением напряжения увеличивается, что объясняется ростом активного сопротивления в результате увеличения сопротивления дуг, представляющего собой активную нагрузку. При росте напряжения растет полезная мощность установки, которая равна активной мощности, за вычетом активных электрических потерь в токоподводе.