Министерство образования и науки Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра металлургии цветных металлов

РАСЧЕТ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ №2

«ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЛАВКИ В РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

по дисциплине

«СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МЕТАЛЛУРГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ»

Вариант 17

Выполнил ст. гр. МЦм-16-1 Тенигин Н.А.

Проверил Н.В. Немчинова

Иркутск

2016 г

1.Теоретические сведения

Современное производство кремния для различных отраслей промышленности (для различных сплавов и карбида кремния, кремнийорганика, солнечная энергетика, полупроводниковые приборы и т.д.) зависит от объемов производства металлургического (технического) кремния.

В области производства технического кремния (восстановлением кремнезёмсодержащего сырья углеродистым восстановителем в электродуговых печах) в нашей стране накоплен богатейший опыт, который обеспечивает высокие технологические показатели металлургического производства на уровне лучших зарубежных производителей кремния. В Восточной Сибири и на Урале, обладающими сравнительно дешёвыми топливно-энергетическими ресурсами, проблемы оптимизации и интенсификации производства кремния стоят достаточно остро в связи с возросшей потребностью в нём.

На современном этапе развития отечественной метал­лургии отмечается всё более широкое применение элек­тротермического производства. Это связано с рядом пре­имуществ электронагрева, к главным из которых следует отнести:

1. возможность получения в рабочем пространстве агрегата высоких температур;

2. отсутствие продуктов сгорания топлива, возмож­ность создания в рабочем пространстве любой газовой среды: восстановительной, нейтральной, окислительной, снижение выбросов газов в атмосферу и потерь тепла с отходящими газами;

3. сокращение при электронагреве по сравнению с другими агрегатами угара элементов сплавов, окисления обрабатываемого металла при сохранении его состава и свойств;

4. облегчение регулирования тепловыделением и уп­рощение автоматического контроля, в результате чего повышается надёжность и точность регулирования тех­нологического процесса, улучшается качество обрабаты­ваемого изделия, сокращаются тепловые потери;

5. высокий энергетический КПД установок;

6. возможность переработки сырьевых материалов ши­рокого состава;

7. достижение высоких технико-экономических пока­зателей работы печей, снижение себестоимости и капи­тальных затрат на единицу продукции;

8. лучшие условия труда обслуживающего персонала и мéньшая загрязнённость окружающей среды.

Электродуговые печи нашли наиболее широкое распространение в чёрной и цветной металлургии, хими­ческой промышленности. Превращение электрической энергии в тепловую происходит в них при электрическом разряде (дуге): между электродами возникает терми­ческая ионизация газа, и в межэлектродном пространстве в столбе дуги образуется смесь электронов, ионизирован­ных и нейтральных атомов и молекул, способных прово­дить электрический ток.

Для питания дуг можно использовать как постоянный, так и переменный ток. В зависимости от условий формирования дуги и её расположения по отношению к нагреваемому металлу различают несколько способов передачи тепловой энергии к целевому продукту:

• непосредственно дугой, горящей между электродом и нагреваемым веществом; агрегат называется печью пря­мого нагрева (дуговые сталеплавильные печи, установки электрошлакового переплава и др.);

• излучением от дуги между электродами; это печи косвенного нагрева (дуговые плавильные, плазменные всех видов);

• нагрев происходит одновременно от электрической дуги и прохождения тока через шихту; агрегат называют печью смешанного нагрева (рудовосстановительные печи (РВП)).

Рудовосстановительные электропечи применя­ются в основном для получения ферросплавов (ферроси­лиция, феррохрома, ферро- и силикомарганца и др.), фосфора, огнеупоров, кремния, карбида кальция, цветных металлов и сплавов (силикоалюминия, никеля, медно-никелевых штейнов). Восстановителем при плавке в этих печах является углерод (кокс, полукокс, древесный уголь).

Термины «руднотермические процессы» и «руднотермические печи (РТП)» впервые были применены М.С. Максименко. Они оказались очень удач­ными и позволили объединить многие рудовосстановительные и рудоплавильные процессы, применяющиеся в чёрной и цветной металлургии, в производстве абразивных материалов и в промышленности основной хи­мии. На рис. 1 приведена схема применения этих печей, которую можно рассматривать как классификацию.

Процессы в РТП (за исклю­чением рафинировочных) характеризуются непрерывно­стью. Шихта загружается на колошник непрерывно, элек­троды постоянно погружены в шихту, выпуск продуктов плавки ведётся периодически (иногда непрерывно). В ван­не печи находятся твёрдая и размягчённая шихта, жидкий металлический и оксидный расплавы, пары и газы.

Классификация РТП

1.Процессы, протекающие в этих печах, подразделяют­ся на шлаковые и бесшлаковые. К последним относятся процессы полу­чения металлического кремния, ферросилиция всех марок, силикоалюминия, а также карбида кальция.

2.По конструкции РВП могут быть открытыми (без свода), укрытыми (со специальным зондом), полузакрытыми и закрытыми (со сводом), как со стационарными, так и с вращающимися ваннами.

3.По количеству электродов печи делятся на одноэлектродные или двухэлектродные (однофазные печи), трёх- и шестиэлектродные (трёхфазные печи).

Рис. 1. Классификация руднотермических печей

4.По форме ванны различают круглые (оборудованы электродами круглой формы), прямоугольные (могут быть оборудованы как круглыми, так и плоскими электродами), треугольные и овальные печи.

5.В отличие от других металлургических агрегатов мощность РТП определяют по установленной мощности печных трансформаторов. Условно выделяют печи малой (от 2,5 до 10,5 МВ^.А), средней (от 10,5 до 33 МВ^.А) и большой мощности (48, 81, 115 МВ^.А). Проектируются сверхмощные печи (до 150 МВ^.А).

Наибольшее распространение для производства кремния получили круглые трёхэлектродные (рис. 2) и прямоугольные шестиэлектродные печи средней мощности.

Для обозначения типов РТП принята определённая система букв и цифр, указывающая на основные технологические и конструктивные особен­ности агрегата. Первая буква указывает на её назначение: Р – рудовосстановительная. Вторая буква обозначает форму ванны: К – круглая, П – прямоугольная. Третья буква характеризует тип конструкции и режим работы печи: О – открытая, 3 – закрытая. Цифры после букв обозначают установленную мощность трансформатора печи в мегавольт-амперах. В конце обозначения добавляется наименование сплава или продукта и вспомогательная индексация.

Рис. 2. Трёхфазная трёхэлектродная открытая РТП для выплавки кремния с вращающейся ванной мощностью 25 МВ∙А:

1 – механизм перепуска электродов; 2 – гидроподъёмник; 3 – труботечка;

4 – мантéль; 5 – печной трансформатор; 6 – короткая сеть; 7 – газоход;

8 – подвесные щитки; 9 – зонт; 10 – лёточный прожиговый аппарат; 11 – кожух; 12 – футеровка; 13 – плита вращения; 14 – механизм вращения; 15 – электрод.

Например, РКО-16,5 КрИ1 – рудовосстановительная электропечь, круглая, открытая, номинальная мощность трансформатора 16,5 МВ^.А, для выплавки кремния, первое исполнение. РКЗ-33 М2 – рудовосстановительная электропечь, круглая, закрыта сводом, номинальная мощность трансформатора 33 МВ^.А, для получения марганца, вторая модернизованная конструкция.

Температура дуги определяет тепловой баланс РТП. Так, для РТП мощностью 25 МВ^.А при токе 70 кА и активной мощности 18,3 Мвт температура в дуге составляет 3058С.

Для любого металлургического агрегата необходимо эффективно использовать подведенную электроэнергию с соблюдением теплового баланса. Поэтому знание статьей прихода и расхода тепла в, частности, РТП является необходимым условием для достижения показателей эффективной работы любой пирометаллургической технологии.