1223

В зависимости от характера проводимого в печи процесса, изменяется удельная мощность печи, т. е. количество энергии, приходящейся на 1 м2 поверхности ее пода.

При плавке медных концентратов, за исключением неизбеж­ ных потерь, вся мощность расходуется на плавление, при плавке свинцовых концентратов, помимо плавления, небольшая ее часть расходуется на восстановление окислов, при плавке цинковых и полиметаллических концент­ ратов доля энергии, расходуе­ мой на восстановление и воз­ гонку, сильно возрастает.

В печах небольшого разме­ ра обычно устанавливают три электрода в ряд, соединяя их на звезду. В больших печах (более 4—5 тыс. ква) устанав­ ливают 6 электродов, так как при трех электродах диаметр их был бы слишком велик. Возможна установка 4 элект­ родов, (как это показано на рис. 45.

Электроды предпочитают устанавливать попарно, питая каждую пару от отдельного однофазного трансформатора. Такая схема включения имеет ряд преимуществ, так как по­

зволяет на каждой паре электродов поддерживать наилучший для данной части печи электрический режим и иметь один ре­ зервный трансформатор относительно небольшой мощности.

Приведенная на рис. 45, б схема отвечает печи для свинцо­ вой плавки завода Роншер, а на рис. 45, в — печи для медной плавни того же завода.

Круглая печь с тремя электродами, расположенными по уг­ лам равностороннего треугольника и соединенными на треуголь­ ник, работала в Иматре и позднее в Харьявалте. Такой же фор­ мы печь работает на Иртышском заводе.

Предпочтение следует отдать прямоугольным печам, особен­ но большой мощности, так как сооружение кожуха и выкладка футеровки в них проще.

2. ПЕЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ, ШИНЫ И КОНТАКТНЫЕ ЩЕКИ

Все современные печи .питаются трехфазным током. Как уже указывалось, удобнее пользоваться тремя однофазными транс*

6 м. М. Лакерник

форматорами и обычно печи оснащаются тремя действующими и одним резервным трансформаторами.

Трансформаторы охлаждаются иногда воздухом, но большей частью маслом с принудительной циркуляцией, охлаждаемым в трубчатом водяном холодильнике.

Трансформаторы снабжены переключателями напряжения, в большинстве случаев позволяющими изменять его под нагруз­

кой.

В зависимости от эксплуатационных требований имеется 8— 20 ступеней напряжения, чаще всего через 5—8 в. В большинст­ ве случаев ступени напряжения меньше при низких напряже­ ниях (5 в) и достигают 8 в при более высоких напряжениях.

Напряжение для питания трансформаторов 6—12 тыс. в, а на шины стороны низкого напряжения 80—400 в.

Ток от трансформатора к электродам подается через жест­ кие медные или алюминиевые шины, подведенные к печи и да­ лее, от концов шин до подвески электродов, гибкими кабелями. При разделении трехфазного тока на три однофазных контура каждый токопроводящий пучок разделяется на отдельные сое­ диненные параллельно и тщательно шлихтованные шины. Шины крепятся на деревянных, пропитанных маслом брусьях, обес­ печивающих необходимую жесткость и электрическую изоляцию их одной от другой. Шины изготавливают из катаных полос с соотношением ширины и толщины 30: 1 и крепят на расстоянии их удвоенной толщины, равной обычно 10—20 мм.

Гибкий кабель сплетают из медных проволок диаметром 0,75 мм, которые сперва соединяют в пучки по 7 штук и каждые 7 пучков собирают в пакет. Двадцать пакетов (980 проволок) составляют жилу. Число жил подбирают с таким расчетом, что­ бы плотность тока в кабеле не превышала 1 а/мм2. Концы кабе­ ля крепят в. медных башмаках и присоединяют одним концом к жестким шинам, а другим к металлоконструкциям подвески электродов.

От металлоконструкций до контактных щек ток проводится полыми медными трубками, охлаждаемыми водой и работающи­ ми под нагрузкой 2,5 а/мм2. Контактные щеки (по 6—10 штук на каждый электрод) отливают из бронзы или меди и охлаждают водой, циркулирующей по залитым внутри трубкам.

Щеки имеют прямоугольную4форму с закругленными краями. Их площадь следует рассчитывать таким образом, чтобы через 1 см2 поверхности контакта проходило около 1 а, причем кон­ тактное сопротивление может быть принято равным примерно 2,5 X 10_3 ом/см2. Эта величина может меняться в зависимости от состояния поверхности контакта ц степени прижима щек к электродам. В частности, на еам'оспекающйхся электродах плогг но прилегает не более 7з Общей'поверхности контактных щек.

3. ЭЛЕКТРОДЫ

Угольные и графитированные электроды выпускают длиной до 2 м. Для электродов диаметром менее 400 мм применяют ци­ линдрические ниппели, для электродов большего сечения — ко­ нические. Конические ниппели более прочны и обусловливают лучший контакт, так как ниппель изготавливается цельным с электродом. Недостаток этого соединения заключается в том, что при поломке ниппеля весь электрод оказывается непригод­ ным и его можно использовать только после дополнительной обработки.

Ниппельные соединения — наиболее слабые места собранно­ го электродного блока, так как (несмотря на значительные уси­ лия, прилагаемые при свинчивании электродов) трудно обеспе­ чить полноценный контакт. В результате места контакта часто оказываются.электрически перегруженными, вследствие чего мо­ гут возникнуть местные перегревы и электричеокие дуги.

Предел прочности .на сжатие для угольных электродов равен 300—400 кг/см2 и для графитированных 250—350 кг/см2. Удель­ ный вес их около 2 г/см3. Удельное сопротивление угольных электродов 40—60 ом/м-мм2, графитированных 8—15 ом/м-мм2, т. е. в 4—5 раз меньше.

Применение угольных или графитированных электродов в герметизированных печах имеет особое преимущество в связи с тем, что .поверхность этих электродов гладкая и строго цилинд­ рическая, что упрощает герметизацию отверстий в своде.

При работе герметизированных печей под небольшим поло­ жительным давлением и при отсутствии в их пространстве сво­ бодного кислорода электроды не окисляются и расход их не пре­ вышает 4—5 кг/т шихты.

Для печей большой мощности применение угольных и графитированных электродов невозможно и без самоопекающихся электродов такие печи немыслимы. Ничто так не способствова­ ло развитию промышленных печей и руднотермических процес­ сов, K3IK именно снмоспекающиеся электроды.

Самоспекающийся электрод состоит из двух независимых частей:

а) несущего цилиндра -с устройством для поднятия и опу­ скания этого цилиндра с находящимся в нем непрерывным элек­ тродом, устройством для перепускания непрерывного электрода по мере его обгорания, токопроводящих частей и контактных

плит; б) собственно непрерывного самоспекающегося электрода

(рис. 46 и 47) .

Непрерывный электрод представляет собой цилиндр из же­ лезного листа!толщиной 2—2,5 мм. Отдельные секции цилиндра

б*

Рис. 47. Верхняя часть самоспекающегося электрода с тормозной лентой

электрода, заполняемого пластичной, необожженной и поэтому малоэлектропроводной угольной массой, так называемой «зеле­ ной массой», представляющей смесь 85—90% твердых частиц антрацита различного размера и некоторого количества кокса, смолы <и связующего пека. По мере обпхрания электрода в печи на 5—25 см в сутки (в зависимости от характера плавки)

сверху приваривают новую секцию цилиндра, постепенно запол­

няемую массой.

Непрерывный электрод 1 находится внутри несущего цилинд­ ра 2 из котельного железа толщиной 8—10 мм, внутренним диа­ метром на 100—150 мм больше, чем внешний диаметр непрерыв­ ного электрода. На верхней части несущего цилиндра имеется рама 3, на которой укреплены две стойки 4; снабженные двумя блоками 5, связанными с механизмом перемещения электродов, который служит для подъема и опускания электродов и регули­ рования в процессе эксплуатаций.

Подвеску производят при помощи стального троса либо це­ пей Галля. На обеих стойках 4 расположены два валика, на ко­ торые намотана стальная тормозная лента 6. Эта лента шириной 150—200 мм и толщиной 2 мм проходит через зажимные колод­ ки 7, регулируемые штурвалом <5, затем через обе тормозные колодки 9 и 10 и, наконец, приваривается к кожуху непрерывно­ го электрода 11. Таким образом, электрод висит на двух тормоз­ ных лентах.

Нижняя часть несущего цилиндра (рис. 46) при помощи стержней 4 поддерживает зажимное кольцо 5, состоящее из двух полуколец, соединенных между собой. 'При помощи бол­ тов 6 контактные щеки 7 прижимаются к непрерывному электро­ ду. Как зажимное кольцо, так и контактные щеки имеют наверху выступ, к которому присоединяются медные токоподводящие трубки <§, служащие одновременно для подвода воды. Все эти ча­ сти, разумеется, хорошо изолированы одна от другой. В нижней части электрода, приблизительно до середины контактных щек, масса коксуется частично за счет джоулева тецла, частично за счет передачи тепла из печного пространства. На 2—3 м выше контактных щек масса пластична.

По мере подгорания электродов и их перепуска массу до­ бавляют в электрод. Иногда это делают, забрасывая твердые блоки весом около 25 кг, которые плавятся за ючет поступающе­ го снизу тепла. Лучше массу предварительно расплавлять при 130° С и в кашеобразном состоянии заливать в кожух, утрамбо­ вывая деревянными трамбовками. Это предупреждает образова­ ние пустот, очень снижающих прочность электрода.

Непрерывный электрод по мере обгорания Ойу£каК)т следую­ щим образом: сначала ослабляют болты контактных щек. Затем ослабляют зажимные колодки тормозной ленты, и электрод скользит вниз в несущем цилиндре, поддерживаемый тормозны­

плотно прибалчивают. Перепуск электрода можно производить' прд, нагрузкой. Описанная конструкция не единственная и имеет много различных вариантов.

Для самоспекающихся электродов применяют два вида кожу­ хов: из отдельных 'секторов (в ферросплавных печах) и вальцо­ ванный цилиндр из одного куска с приваренными ребрами. Пре­ имущество вторых в эксплуатации и изготовлении бесспорно.

4, КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПЕЧЕЙ

Фундамент печи

Электропечи ставят на бетонных колоннах. Это делают для охлаждения пода, так как штейн в электропечах медной плавки

4 бетонных колЬнны, поддерживающих стяжные балки. Фундамент печи в Иматре представлял бетонную плиту раз­

мером 10 X 11 м с бетонными ребрами шириной 750 мм внизу и 450 мм «наверху.

•Обычно'днища печей охлаждаются воздухом, принудительно вдуваемым в. зазоры между балками фундамента. Около печи рекомендуется сооружать приемок с-тем, чтобы в случае проры­ ва расплава масса могла .стечь в него.

Кожух печи и его крепление

Малые печи имеют сплошной' кожух, сваренный -или склепан­ ный из стальных листов’толщиной 20—25 мм. Печи мощностью 12 тыс. ква в Печенге и на Роншере не имеют сплошного кожу­

X 2,1 м и толщиной 40- мм. Плиты’ имеют ребра толщиной 38 мм

и высотой 100 мм.

Боковые стены печей, состоят .из таких же чугунных плит раз­ мером 1,5 X 2,15 м. Ребра служат для лучшего отвода тепла. Торцовые стены часто делают из водоохлаждаемых чугунных плит. Иногда кожухи печёй в нижней части выполнены в виде ящика из железных листов состенками высотой около 1 ж.-Над ними находятся чугунные плиты с ребрами или водоохлаждае­

мые кессоны.

Наиболее эффектны медные кессоны полые или с залитыми в них трубками для воды. При хорошей -обработке поверхности кессонов и плотном их прилегании к кладке они весьма эффек­ тивны.

При сплошшых металлических кожухах (от подины до свода) орошение кожуха водой позволяет успешно отводить избыточное

гепло.

Для герметичных, работающих под давлением печей устрой­ ство оплошных кожухов, видимо, обязательно, так как создание достаточно плотной кладки стен, непроницаемой для газов, представляет большие трудности.

У больших печей крепление выполняется из балок № 40— 46, а у малых печей — из балок № 24—32. Скрепляющие тяги из круглого железа делают диаметром 70 мм и более. Печи мощностью 12000 ква имеют 17 поперечных и 8 продольных тяг, причем часть поперечных тяг в середине изготовлена из аусте­ нитной немагнитной стали.

Футеровка

Все построенные до сих пор печи для плавки медных и свин­ цовых концентратов футерованы магнезитовым кирпичом.

Печь в Иматре имела сначала на дне 50-мм слой песка для выравнивания заклепочных головок кожуха. Затем следовало пять слоев шамотного кирпича, положенного на плашку, и еще пять слоев шамотного кирпича, выложенных уступами так, что­ бы образовать обратный свод радиусом 26,6 м.

На шамотное основание уложено три слоя на плашку нор­ мального магнезитового кирпича общей толщиной 200 мм и два слоя клинового кирпича толщиной по 250 мм каждый.

Стены печи толщиной внизу 820 и вверху 625 мм выложены 18 рядами магнезитового кирпича, затем идут два ряда шамота, на которые опирается свод.

Между кладкой и кожухом печи остается промежуток около 50 мм, засыпаемый сухим песком. В качестве связующего ис­ пользуется магнезитовый порошок, замешанный на растворе сер­ нокислого магния. Другим связующим является смесь 1 объема жидкого стекла (35—40% силиката натрия), 1 объема отрабо­ танного масла и 1 объема воды, смешанных с магнезитовым порошком.

Термическое расширение кирпичной кладки частично компен­ сируется температурными швами, частично за счет пружин скрепляющих тяг. Число и толщина температурных швов долж­ ны быть выбраны так, чтобы около 50—65% термического рас­ ширения компенсировалось температурными швами и 50— 35% пружинами скрепляющих тяг. Самое уязвимое место фу­ теровки — шов между вогнутым подом и боковыми стенами. Опыт

показал, что следует избегать длинных сплошных швов, так как они легче всего разрушаются.

Опыт работающих электропечей медной и никелевой плавки

показал, что проблема выбора материала и способа футеровки решается применением магнезитового кирпича вполне удовлетво­ рительно.

Медная печь на заводе Роншер работает без капитальных ремонтов более 5 лет.

Подина, выложенная обратным сводом, совершенно надежна, а сравнительно легкоплавкие железистые шлаки и низкая темпе­ ратура газов не создают тяжелых условий службы футеровки стен и свода.

Значительно сложнее решается вопрос о прочности подины для печей свинцовой плавки. Легкоплавкий тяжелый свинец, проникая в кладку, приводит к тому, что отдельные ее части всплывают и в конечном итоге подина полностью разрушается.

Попытки выкладывать подину из крупных угольных блоков, скрепленных различными способами, не дали положительных результатов. Столь же неудачны были попытки установить меж­ ду внутренней и наружной частью футеровки подины стальное корыто.

Видимо, наиболее удачным следует признать решение, при­ нятое для свинцовой печи завода Роншер. На этом заводе при ширине печи, равной 4,5 ж, радиус кривизны подины равен 4 м. При этом создается почти плавный переход подины к стенкам. Кроме того, стык подины и стен выкладывают магнезитовыми блоками длиной 1 м и на этих блоках покоятся стены. При та­ ком устройстве кладка подины хорошо заклинена и переносит все деформации без разрушения стыков и отдельных частей по­ дины.

Аналогичные трудности испытываются с устройством подины печей для плавки коллективных концентратов. Из-за значитель­ ного количества образующегося металлического свинца прихо­ дится защищать подину от воплывания. И в этом случае уголь­ ные блоки оказались непригодными. Достаточно надежна маг­ незитовая подина, выложенная с большой стрелой прогиба и хорошо связанная со стенками.

Во всех случаях подины печей для плавки свинцовых и поли­ металлических концентратов должны интенсивно охлаждаться с подачей принудительного дутья.

Выбор футеровки стен печей, служащих для плавки цинковых и полиметаллических продуктов, представляет известную труд­ ность. Стены из обычного магнезитового и хромомагнезитового

Исследование различных огнеупоров в печи для плавки цин­ ковых концентратов производилось К. В. Ковальской и Б. А. Великиным [199].