4. Оборудование электрометаллургического производства
Электрические печи служат для плавки и рафинирования при производстве меди, никеля, кремния, силикоалюминия, олова, цинка, свинца, титанистых и кобальтовых шлаков и др. В зависимости от типа технологического процесса электрические агрегаты разделяют на две основные группы: руднотермическне печи и печи для рафинировочных процессов.
Руднотермические печи, как правило, представляют собой агрегаты непрерывного действия, в то время как в рафинировочных печах процесс протекает циклично. Для различных производств применяют печи различной мощности, определяемой в первую очередь общими масштабами производства конкретной продукции. По потребляемой мощности руднотермические печи можно разделить на следующие группы: 1) малой мощности (1,0 – 2,5 MBA); 2) средней мощности (5 – 12 МВА); 3) большой мощности (16,5 – 100 MBА). По технологической схеме их делят на открытые (РКО, РПО), закрытые (РКЗ, РПЗ) и полузакрытые. В зависимости от формы ванны различают круглые (РКО, РКЗ) и прямоугольные (РПО, РПЗ) печи. По способу установки ванны различают печи с неподвижной и подвижной ванной.
4.1. Руднотермические печи
Для плавки медных и медно-никелевых руд и концентратов применяют прямоугольные стационарные закрытые печи с тремя и шестью электродами. Мощность современных трех- и шестиэлектродных печей доведена до 25 и 33—48 MB-A соответственно. Площадь зеркала ванны трехэлектродных печей составляет 58, а шестиэлектродных – 118 – 141 м2. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы шестиэлектродной печи показаны на рис. 166.
Основными элементами печи являются: фундамент, ванна 6 с кожухом и металлическим каркасом 7, свод 5, электроды 12, электрододержатели, механизмы перемещения 1 и перепуска электродов 19, печные трансформаторы, устройства для загрузки шихты и выпуска продуктов плавки.
Фундамент печи выполнен в виде отдельных железобетонных столбов 10, на которые уложены двутавровые балки, поверх которых помещены стальные литые плиты. На плиты опирается подина 9.
Ванна печи футерована магнезитовым кирпичом и снабжена теплоизоляционным слоем из шамотного кирпича. На уровне шлакового пояса в стенах вмонтированы водоохлаждаемые кессоны. Кожух ванны изготовлен из конструкционной или котельной листовой стали толщиной 20 – 25 мм. Он усилен металлическим каркасом, состоящим из вертикальных колонн и поперечных балок, а колонны противоположных стен соединены между собой подпружиненными стяжками диаметром 60 – 80 мм, придающими системе крепления эластичность, необходимую для компенсации термических расширений футеровки.
Свод печи выполнен в виде арки из шамотного кирпича или жаропрочного бетона и опирается на подпятовые балки, уложенные на продольных стенах печп.
Электроды расположены в одну линию с шагом 3,0 – 3,2 м. Зазоры между электродами и сводовыми отверстиями уплотнены. Применяют электроды обожженные (угольные и графитированные) и самоспекающиеся диаметром 1100 и 1200 мм. Каждый из электродов снабжен электрододержателем, механизмами перемещения и перепуска и уплотнением 4 на своде печи. Электроэнергия к электродам поступает от двух трехфазных или трех однофазных трансформаторов, расположенных в одну линию в непосредственной близости от печи, через шинопакет 2 и кольцо с контактными щеками 3. Перемещение электродов ограничивают кольцевые прерыватели 18 и 20.
Шихта загружается в печь из печных бункеров 15 по рукавам 14 через стальные или чугунные мундштуки 13, вставленные в отверстия свода. Загрузочные отверстия расположены по всей длине свода в четыре ряда: два ряда вдоль продольных стен по краям свода и два ряда возле электродов. Шихта подается транспортерами. Продукты плавки (шлак и штейн) выпускают через кессонированные шпуровые отверстия 8 (летки), находящиеся на противоположных торцевых стенах на разных уровнях. Штейн сливают в ковш, а шлак через летки 11 выпускают в шлаковозы, установленные на рельсах около стены цеха, примыкающей к печи.
Газы отводятся из подсводового пространства через футерованную вытяжку 16 в торцевой части свода, соединенную с системой пылеулавливания и газоочистки.
Агрегатом для выплавки ферроникеля служит прямоугольная закрытая печь типа РПЗ–40Ц мощностью до 48 MBА с шестью самоспекающимися электродами диаметром 1200 мм. Печь отличается от представленной на рис. 166 лишь металлическим водоохлаждаемым сводом, футеровкой ванны (ее выкладывают из графитированных блоков) и наличием системы орошения кожуха водой.
Кремний и силикоалюминий выплавляют в открытых круглых печах типа РК.0-16,5 (рис. 167) с тремя однофазными трансформаторами мощностью по 5,5 MBА каждый. Три электрода 1 диаметром 1200 мм расположены по вершинам равностороннего треугольника и оборудованы электрододержателями с пружинным зажимом контактных щек и гидравлическими механизмами их перемещения и перепуска.
Ванна футеруется шамотным кирпичом и угольными обожженными блоками, составляющими внутреннюю рабочую часть футеровки. Кожух ванны опирается днищем через двутавровые балки на железобетонную плиту, а плита – на катки, перемещающиеся по круговому обработанному рельсу, закрепленному на фундаменте. Вращение печи реверсивное в секторе 130° и осуществляется от двигателя постоянного тока мощностью 1,5 кВт через три цилиндрических редуктора и открытую коническую передачу. Частота вращения печи – 1 оборот за 25 ч.
Рис. 166. Руднотермическая печь для плавки медноникелевого сырья
Рис. 167. Руднотермическая печь для производства кремния и силикоалюминия РКО–16,5: 1 – электрод; 2 – верхнее неподвижное кольцо; 3 – перекрытие; 4 – механизм перемещения электрода; 5 – нижнее подвижное кольцо; 6 – траверса механизма перемещения; 7 – защитный кожух плунжера; 8 – направляющий цилиндр; 9 – несущий цилиндр (мантель); 10 – зонт; 11 – кольцо с контактными щеками; 12 – ванна; 13 – прожиговое устройство; 14 – летка; 15 – кожух печи; 16 – поворотная платформа; 17 – зубчатый венец; 18 – опорные катки; 19 – ось; 20 – приводная шестерня; 21 – привод; 22 – электрододержатель
Шихта подается в печь машинами броскового типа, перемещающимися по круговому рельсу, уложенному вокруг печи. Обработку колошника, включая разрушение спекшейся корки шихты и ее перегребание, выполняют опиковочными машинами.
Продукты плавки выпускают через две летки, размещенные на уровне подины печи и оборудованные прожиговыми устройствами.
Над ванной установлен вытяжной зонт и имеется система очистки газов.
Титановые шлаки выплавляют в круглых стационарных закрытых печах с тремя обожженными электродами диаметром 500 мм, оборудованными электрододержателями и гидравлическими механизмами перемещения и перепуска. Шихту загружают в печь через отверстия в своде, соединенные герметичными наклонными желобами с печными бункерами. Продукты плавки (титановый шлак и чугун) сливают периодически через летку, оборудованную прожиговым устройством. Чугун и шлак разделяют с помощью ряда изложниц, установленных на разных уровнях (каскадно).
Извлечение кобальта, никеля и меди из конвертерного шлака, являющегося продуктом пирометаллургической переработки медно-никелевого рудного сырья, осуществляют в электрических печах обеднения. Печи для обеднения практически ничем не отличаются от стационарных закрытых печей. Установленная мощность печей составляет 2,5 – 15 MBА. В крупных печах применяют самоспекающиеся электроды диаметром 1200 мм, а в малых—обожженные диаметром 500 мм. В печах мощностью 2,5 и 7,5 MBA предусмотрена электромеханическая система перемещения и перепуска электродов, а в печах мощностью 10,0 и 15,0 MBA – гидравлическая.
Расплавленный конвертерный шлак заливают в печь через несколько окон, пороги которых расположены на 200 – 300 мм выше верхней отметки ванны. Футеровка ванны охлаждается закладными медными холодильниками, по которым циркулирует вода. Штейновые и шлаковые выпускные отверстия также выполнены водоохлаждаемыми.